DE102020118330A1 - Nozzle device for a jet pump and jet pump - Google Patents

Nozzle device for a jet pump and jet pump Download PDF

Info

Publication number
DE102020118330A1
DE102020118330A1 DE102020118330.5A DE102020118330A DE102020118330A1 DE 102020118330 A1 DE102020118330 A1 DE 102020118330A1 DE 102020118330 A DE102020118330 A DE 102020118330A DE 102020118330 A1 DE102020118330 A1 DE 102020118330A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
nozzle
fluid
mixing tube
suction nozzle
suction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020118330.5A
Other languages
German (de)
Inventor
Daniel Kintea
David Schneider
Lukasz Gabrys
Michal Sajdak
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Norma Germany GmbH
Original Assignee
Norma Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Norma Germany GmbH filed Critical Norma Germany GmbH
Priority to DE102020118330.5A priority Critical patent/DE102020118330A1/en
Priority to PCT/EP2021/065702 priority patent/WO2022008162A1/en
Priority to KR1020237001175A priority patent/KR20230014844A/en
Priority to CN202180040898.3A priority patent/CN115917161A/en
Priority to JP2023501242A priority patent/JP2023533328A/en
Priority to US18/015,471 priority patent/US20230287903A1/en
Priority to EP21734289.8A priority patent/EP4179213A1/en
Publication of DE102020118330A1 publication Critical patent/DE102020118330A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04FPUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/44Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04F5/02 - F04F5/42
    • F04F5/46Arrangements of nozzles
    • F04F5/463Arrangements of nozzles with provisions for mixing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04FPUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/44Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04F5/02 - F04F5/42
    • F04F5/46Arrangements of nozzles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04FPUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/14Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being elastic fluid
    • F04F5/16Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being elastic fluid displacing elastic fluids
    • F04F5/20Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being elastic fluid displacing elastic fluids for evacuating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04FPUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/14Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being elastic fluid
    • F04F5/16Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being elastic fluid displacing elastic fluids
    • F04F5/20Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being elastic fluid displacing elastic fluids for evacuating
    • F04F5/22Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being elastic fluid displacing elastic fluids for evacuating of multi-stage type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04FPUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/14Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being elastic fluid
    • F04F5/24Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being elastic fluid displacing liquids, e.g. containing solids, or liquids and elastic fluids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04FPUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/14Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being elastic fluid
    • F04F5/24Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being elastic fluid displacing liquids, e.g. containing solids, or liquids and elastic fluids
    • F04F5/26Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being elastic fluid displacing liquids, e.g. containing solids, or liquids and elastic fluids of multi-stage type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04FPUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/44Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04F5/02 - F04F5/42
    • F04F5/46Arrangements of nozzles
    • F04F5/467Arrangements of nozzles with a plurality of nozzles arranged in series

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Jet Pumps And Other Pumps (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Düsenvorrichtung für eine Strahlpumpe, umfassend eine Antriebsdüse und eine erste Saugdüse, wobei die erste Saugdüse radial außerhalb der Antriebsdüse angeordnet ist und wobei die Düsenvorrichtung so gestaltet ist, dass ein Fluidstrom durch die Antriebsdüse einen Fluidstrom durch die erste Saugdüse treibt. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Strahlpumpe mit einer entsprechenden Düsenvorrichtung.The present invention relates to a nozzle device for a jet pump, comprising a drive nozzle and a first suction nozzle, the first suction nozzle being arranged radially outside the drive nozzle and the nozzle device being designed in such a way that a fluid flow through the drive nozzle causes a fluid flow through the first suction nozzle drives. The invention also relates to a jet pump with a corresponding nozzle device.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Düsenvorrichtung für eine Strahlpumpe, umfassend eine Antriebsdüse und eine erste Saugdüse, wobei die erste Saugdüse radial außerhalb der Antriebsdüse angeordnet ist und wobei die Düsenvorrichtung so gestaltet ist, dass ein Fluidstrom durch die Antriebsdüse einen Fluidstrom durch die erste Saugdüse treibt. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Strahlpumpe mit einer entsprechenden Düsenvorrichtung.The present invention relates to a nozzle device for a jet pump, comprising a drive nozzle and a first suction nozzle, the first suction nozzle being arranged radially outside the drive nozzle and the nozzle device being designed in such a way that a fluid flow through the drive nozzle causes a fluid flow through the first suction nozzle drives. The invention also relates to a jet pump with a corresponding nozzle device.

Strahlpumpen werden zur Erzeugung eines sekundären Fluidstroms mittels eines primären Antriebsfluidstroms verwendet. Das primäre Antriebsfluid wird z.B. mit Hilfe einer Pumpe beschleunigt und so geführt, dass es mit einem sekundären Fluid in Kontakt kommt. Ein Geschwindigkeits- und Druckgradient zwischen den beiden Fluiden sorgt dafür, dass das zweite Fluid durch den ersten Fluidstrom beschleunigt wird. Daher wird bei Strahlpumpen der zweite Fluidstrom durch den ersten Fluidstrom angetrieben.Jet pumps are used to generate a secondary flow of fluid from a primary flow of motive fluid. The primary drive fluid is accelerated with the help of a pump, for example, and guided in such a way that it comes into contact with a secondary fluid. A velocity and pressure gradient between the two fluids causes the second fluid to be accelerated by the first fluid flow. Therefore, in jet pumps, the second fluid flow is driven by the first fluid flow.

Strahlpumpen können als einstufige oder mehrstufige Strahlpumpen mit mehreren Pumpenstufen und Düsen ausgeführt sein. Ein wesentlicher Nachteil von Strahlpumpen ist ihr geringer Wirkungsgrad, der aus der Vermischung eines Hochgeschwindigkeitsstrahls des primären Antriebsfluids mit einem nahezu stagnierenden Sekundärfluid resultiert.Jet pumps can be designed as single-stage or multi-stage jet pumps with multiple pump stages and nozzles. A major disadvantage of jet pumps is their low efficiency, which results from the mixing of a high-velocity jet of primary drive fluid with a nearly stagnant secondary fluid.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung einer verbesserten Strahlpumpe und einer verbesserten Strahlpumpendüsengeometrie, die im Vergleich zu bekannten Strahlpumpen und Strahlpumpendüsengeometrien bessere Wirkungsgrade aufweisen.The object of the present invention is therefore to provide an improved jet pump and an improved jet pump nozzle geometry which, compared to known jet pumps and jet pump nozzle geometries, have better efficiencies.

Diese Aufgabe wird durch eine Düsenvorrichtung nach Anspruch 1 und durch eine Strahlpumpe nach Anspruch 10 gelöst, wobei die Strahlpumpe mindestens eine solche Düsenvorrichtung umfasst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a nozzle device according to claim 1 and by a jet pump according to claim 10, wherein the jet pump comprises at least one such nozzle device. Advantageous embodiments of the invention are the subject matter of the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist eine Düsenvorrichtung für eine Strahlpumpe vorgesehen, wobei die Düsenvorrichtung eine Antriebsdüse und eine erste Saugdüse umfasst, wobei die erste Saugdüse radial außerhalb der Antriebsdüse angeordnet ist und wobei die Düsenvorrichtung so ausgebildet ist, dass eine Fluidströmung durch die Antriebsdüse eine Fluidströmung durch die erste Saugdüse treibt. In einer einfachen Ausführungsform kann ein Antriebsdüsenauslass nahe genug an einem ersten Saugdüsenauslass angeordnet sein, so dass der Niederdruck- und Hochgeschwindigkeits-Fluidstrom der Antriebsdüse mit dem Fluid der ersten Saugdüse wechselwirken kann.According to the invention, a nozzle device for a jet pump is provided, the nozzle device comprising a drive nozzle and a first suction nozzle, the first suction nozzle being arranged radially outside the drive nozzle and the nozzle device being designed such that a fluid flow through the drive nozzle results in a fluid flow through the first suction nozzle drives. In a simple embodiment, a propulsion nozzle outlet may be located close enough to a first suction nozzle outlet so that the low pressure and high velocity fluid stream of the propulsion nozzle can interact with the fluid of the first suction nozzle.

Dies hängt damit zusammen, dass die oben definierte Scherspannung das Produkt aus der Fluidviskosität und dem Geschwindigkeitsgradienten ist. Letzterer kann bei den aus dem Stand der Technik bekannten Strahlpumpen sehr groß sein. Hohe Scherspannungen führen zur Erzeugung von Turbulenzen, die wiederum zur Dissipation von Primärenergie führen, was der Grund für den geringen Wirkungsgrad der bekannten Strahlpumpen ist. Die Strahlpumpe und die Düsenvorrichtung der vorliegenden Erfindung sorgen für einen verbesserten Wirkungsgrad der Strahlpumpe, da die Scherspannungen reduziert werden, wenn die Vermischung der zwei oder mehr Massen- oder Fluidströme induziert wird.This is because the shear stress defined above is the product of the fluid viscosity and the velocity gradient. The latter can be very large in the jet pumps known from the prior art. High shear stresses lead to the generation of turbulence, which in turn leads to the dissipation of primary energy, which is the reason for the low efficiency of the known jet pumps. The jet pump and nozzle assembly of the present invention provides improved jet pump efficiency because shear stresses are reduced when mixing of the two or more bulk or fluid streams is induced.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Düsenvorrichtung so gestaltet sein, dass die erste Saugdüse konzentrisch um die Antriebsdüse angeordnet ist und/oder dass die erste Saugdüse ein achsensymmetrisches Volumen, wie z.B. ein toroidales Volumen, umfasst. Die Antriebsdüse und/oder die erste Saugdüse können Düsenwandabschnitte umfassen, die insbesondere um eine Mittelachse einer der Düsen oder beider Düsen rotationssymmetrisch sind.In a preferred embodiment of the invention, the nozzle device can be designed such that the first suction nozzle is arranged concentrically around the driving nozzle and/or that the first suction nozzle comprises an axisymmetric volume, such as a toroidal volume. The drive nozzle and/or the first suction nozzle can comprise nozzle wall sections which are in particular rotationally symmetrical about a central axis of one of the nozzles or both nozzles.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Düsenvorrichtung so gestaltet sein, dass stromabwärts der Antriebsdüse und der ersten Saugdüse ein erstes Mischrohr vorgesehen ist. Das erste Mischrohr kann mit einer Außenwand der ersten Saugdüse verbunden sein. Insbesondere können das erste Mischrohr und die Außenwand der ersten Saugdüse aus einem Stück gefertigt sein. Das erste Mischrohr, die Antriebsdüse und die erste Saugdüse können koaxial zueinander angeordnet sein.In another preferred embodiment of the invention, the nozzle device can be designed in such a way that a first mixing tube is provided downstream of the drive nozzle and the first suction nozzle. The first mixing tube can be connected to an outer wall of the first suction nozzle. In particular, the first mixing tube and the outer wall of the first suction nozzle can be made in one piece. The first mixing tube, the drive nozzle and the first suction nozzle can be arranged coaxially with one another.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Düsenvorrichtung so gestaltet sein, dass das erste Mischrohr eine erste Diffusorstufe am stromabwärtigen Ende des ersten Mischrohres umfasst. Die erste Diffusorstufe kann eine größere Querschnittsfläche aufweisen als ein Abschnitt des ersten Mischrohrs, der weiter stromaufwärts an der ersten Diffusorstufe angeordnet ist. Die erste Diffusorstufe des ersten Mischrohrs kann konzentrisch zu anderen Abschnitten des ersten Mischrohrs und/oder der Antriebsdüse und/oder der ersten Saugdüse angeordnet sein.In a particularly preferred embodiment of the invention, the nozzle device can be designed in such a way that the first mixing tube comprises a first diffuser stage at the downstream end of the first mixing tube. The first stage diffuser may have a larger cross-sectional area than a portion of the first mixing tube located further upstream of the first stage diffuser. The first diffuser stage of the first mixing tube can be arranged concentrically to other sections of the first mixing tube and/or the drive nozzle and/or the first suction nozzle.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Düsenvorrichtung so gestaltet sein, dass stromabwärts des ersten Mischrohrs eine zweite Saugdüse angeordnet ist, wobei die Düsenvorrichtung so gestaltet ist, dass eine Fluidströmung durch das erste Mischrohr ein Fluid durch die zweite Saugdüse treibt und/oder wobei die zweite Saugdüse konzentrisch um das erste Mischrohr angeordnet ist und/oder wobei die zweite Saugdüse ein achsensymmetrisches Volumen umfasst. Der Aufbau und die Funktion der zweiten Saugdüse können gegebenenfalls Merkmale wie die in Bezug auf die erste Saugdüse beschriebenen umfassen.In a further particularly preferred embodiment of the invention, the nozzle device can be designed in such a way that a second suction nozzle is arranged downstream of the first mixing tube, the nozzle device being designed in such a way that a fluid flow through the first mixing tube drives a fluid through the second suction nozzle and/or wherein the second suction nozzle is arranged concentrically around the first mixing tube and/or wherein the second suction nozzle comprises an axisymmetric volume. The structure and function of the second suction nozzle can optionally include features such as those described in relation to the first suction nozzle.

Insbesondere kann die zweite Saugdüse nahe genug am Auslass des ersten Mischrohrs angeordnet sein, so dass der Niederdruck- und Hochgeschwindigkeits-Fluidstrom des ersten Mischrohrs mit dem Fluid der zweiten Saugdüse interagieren kann. Die zweite Saugdüse kann so positioniert sein, dass die Scherspannung an der Grenzfläche zwischen dem Strahl und der Saugmasse oder dem Fluidstrom durch das erste Mischrohr und dem Fluidstrom durch die zweite Saugdüse reduziert wird.In particular, the second suction nozzle can be located close enough to the outlet of the first mixing tube so that the low pressure and high velocity fluid stream of the first mixing tube can interact with the fluid of the second suction nozzle. The second suction nozzle may be positioned to reduce shear stress at the interface between the jet and the suction mass or the fluid flow through the first mixing tube and the fluid flow through the second suction nozzle.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Düsenvorrichtung so gestaltet sein, dass stromabwärts des ersten Mischrohrs und der zweiten Saugdüse ein zweites Mischrohr vorgesehen ist. Das zweite Mischrohr kann mit einer Außenwand der zweiten Saugdüse verbunden sein. Insbesondere können das zweite Mischrohr und die Außenwand der zweiten Saugdüse aus einem Stück gefertigt sein. Das zweite Mischrohr, das erste Mischrohr, die Antriebsdüse und/oder die erste und zweite Saugdüse können koaxial zueinander angeordnet sein.In a particularly preferred embodiment of the invention, the nozzle device can be designed in such a way that a second mixing tube is provided downstream of the first mixing tube and the second suction nozzle. The second mixing tube can be connected to an outer wall of the second suction nozzle. In particular, the second mixing tube and the outer wall of the second suction nozzle can be made in one piece. The second mixing tube, the first mixing tube, the drive nozzle and/or the first and second suction nozzle can be arranged coaxially with one another.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Düsenvorrichtung so gestaltet sein, dass das zweite Mischrohr eine zweite Diffusorstufe am stromabwärtigen Ende des zweiten Mischrohres umfasst. Die zweite Diffusorstufe kann eine größere Querschnittsfläche aufweisen als ein Abschnitt des zweiten Mischrohrs, der weiter stromaufwärts an der zweiten Diffusorstufe angeordnet ist. Die zweite Diffusorstufe kann konzentrisch zu anderen Abschnitten des zweiten Mischrohrs und/oder der Antriebsdüse und/oder der ersten und/oder zweiten Saugdüse angeordnet sein.In a particularly preferred embodiment of the invention, the nozzle device can be designed in such a way that the second mixing tube comprises a second diffuser stage at the downstream end of the second mixing tube. The second stage diffuser may have a larger cross-sectional area than a portion of the second mixing tube located further upstream of the second stage diffuser. The second diffuser stage can be arranged concentrically to other sections of the second mixing tube and/or the drive nozzle and/or the first and/or second suction nozzle.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Düsenvorrichtung so gestaltet sein, dass ein erstes Fluid durch die Antriebsdüse und ein zweites Fluid durch die erste und/oder die zweite Saugdüse strömt, wobei das erste und das zweite Fluid die gleichen Arten von Fluiden sind oder wobei das erste und das zweite Fluid unterschiedliche Arten von Fluiden sind. Das erste Fluid, das durch die Antriebsdüse strömt, kann als das Antriebsfluid betrachtet werden. Das erste und das zweite Fluid können von der gleichen Fluidquelle oder von verschiedenen und getrennten Fluidquellen bereitgestellt werden.In a particularly preferred embodiment of the invention, the nozzle device can be designed such that a first fluid flows through the drive nozzle and a second fluid flows through the first and/or the second suction nozzle, the first and second fluids being the same types of fluids or wherein the first and second fluids are different types of fluids. The first fluid that flows through the propulsion nozzle can be considered the propulsion fluid. The first and second fluids may be provided from the same fluid source or from different and separate fluid sources.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Düsenvorrichtung so gestaltet sein, dass das erste Fluid ein Gas und das zweite Fluid ein Gas ist und/oder dass das zweite Fluid eine Flüssigkeit ist. Im Allgemeinen kann die vorliegende Düsenkonstruktion mit jeder geeigneten Kombination von Flüssigkeiten und/oder Gasen verwendet werden. In Fällen, in denen ein Gas als eines oder beide Fluide verwendet wird, können Luft, Brennstoffdämpfe, Verbrennungsgase und deren Gemische als eines der beiden Fluide gewählt werden.In a particularly preferred embodiment of the invention, the nozzle device can be designed in such a way that the first fluid is a gas and the second fluid is a gas and/or that the second fluid is a liquid. In general, the present nozzle construction can be used with any suitable combination of liquids and/or gases. In cases where a gas is used as one or both fluids, air, fuel vapors, combustion gases and mixtures thereof can be chosen as either fluid.

Die vorliegende Erfindung ist auch auf eine Strahlpumpe gerichtet, die mindestens eine Düsenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst. Der Begriff Strahlpumpe kann so verstanden werden, dass er neben der Düsenvorrichtung weitere Komponenten umfasst. Solche weiteren Komponenten können eine Energiequelle, eine Druckquelle, eine Steuereinrichtung, elektronische Verbindungen, Fluidverbindungen, eine oder mehrere Fluidquellen und/oder Fluidleitungen umfassen.The present invention is also directed to a jet pump comprising at least one nozzle device according to any one of claims 1 to 9. The term jet pump can be understood to include other components in addition to the nozzle device. Such other components may include a power source, a pressure source, a controller, electronic connections, fluid connections, one or more fluid sources, and/or fluid lines.

Weitere Details und Vorteile der Erfindung sind mit Bezug auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen beschrieben.

  • 1: Düsenvorrichtung mit einer Antriebsdüse und zwei Saugdüsen;
  • 2a, 2b: Schematische Darstellung einer Düsenvorrichtung nach dem Stand der Technik; und
  • 3a, 3b: Schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Düsenvorrichtung.
Further details and advantages of the invention are described with reference to the embodiments shown in the figures.
  • 1 : Nozzle device with a driving nozzle and two suction nozzles;
  • 2a , 2 B : Schematic representation of a nozzle device according to the prior art; and
  • 3a , 3b : Schematic representation of a nozzle device according to the invention.

1 zeigt eine Düsenvorrichtung für eine Strahlpumpe. Der Begriff Strahlpumpe kann in einem weiten Sinne verstanden werden und kann neben der in 1 gezeigten eigentlichen Düsengeometrie weitere zusätzliche Komponenten umfassen. Die Düsenvorrichtung umfasst eine Antriebsdüse 10 und eine ersten Saugdüse 1, wobei die erste Saugdüse 1 radial außerhalb der Antriebsdüse 10 angeordnet ist und wobei die Düsenvorrichtung so ausgebildet ist, dass eine Fluidströmung durch die Antriebsdüse 10 ein Fluid durch die erste Saugdüse 1 treibt. Die Düsenvorrichtung kann um eine Mittellinie C angeordnet sein. Insbesondere kann die Düsenvorrichtung zumindest teilweise symmetrisch zur Mittellinie C sein. 1 shows a nozzle device for a jet pump. The term jet pump can be understood in a broad sense and can be used in addition to the 1 shown actual nozzle geometry further additional components. The nozzle device comprises a drive nozzle 10 and a first suction nozzle 1, the first suction nozzle 1 being arranged radially outside the drive nozzle 10 and the nozzle device being designed such that a fluid flow through the drive nozzle 10 drives a fluid through the first suction nozzle 1. The nozzle device may be arranged about a center line C. In particular, the nozzle device can be at least partially symmetrical about the center line C.

Die erste Saugdüse 1 kann konzentrisch um die Antriebsdüse 10 angeordnet sein. Die Antriebsdüse 10 kann einen kreisförmigen Querschnitt haben und zylindrische Leitungsabschnitten umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Antriebsdüse 10 nichtzylindrische Leitungsabschnitte umfassen. Die erste Saugdüse 1 kann ein rotationssymmetrisches Volumen oder rotationssymmetrische Leitungsabschnitte umfassen. Die Leitungsabschnitte der Antriebsdüse 10 können zumindest teilweise innerhalb der Leitungsabschnitte der ersten Saugdüse 1 positioniert sein. In diesen Fällen kann die Düsenvorrichtung zumindest an einigen Positionen entlang der Mittellinie C Rotationssymmetrie um die Mittellinie C aufweisen.The first suction nozzle 1 can be arranged concentrically around the drive nozzle 10 . The propulsion nozzle 10 can have a circular cross-section and comprise cylindrical pipe sections. Alternatively or additionally, the propulsion nozzle 10 can comprise non-cylindrical line sections. The first suction nozzle 1 can have a rotationally symmetrical volume or rotationally symmetrical line include cuts. The line sections of the drive nozzle 10 can be positioned at least partially within the line sections of the first suction nozzle 1 . In these cases, the nozzle device may have rotational symmetry about the centerline C at least at some positions along the centerline C.

Alternativ kann die Düsenvorrichtung eine Reflexionssymmetrie um eine Ebene aufweisen, die die Mittellinie C umfasst und senkrecht zur Projektionsebene von 1 liegt. In diesem Fall können die Saugdüse 1 und die Antriebsdüse 10 z.B. quaderförmige oder annähernd quaderförmige Leitungsabschnitte umfassen. Darüber hinaus kann die Düsenvorrichtung keine Reflexionssymmetrie um die oben definierte Ebene, sondern Leitungsabschnitte mit ausschließlich oder zumindest teilweise quaderförmigen Geometrien umfassen. Der Begriff Leitungsabschnitt kann vorliegend so verstanden werden, dass er sich auf Leitungsabschnitte bezieht, die in radialer Richtung durch feste Wände begrenzt sind. Die festen Wände können die Leitungsabschnitte in Umfangsrichtung der Leitungsabschnitte vollständig umgeben.Alternatively, the nozzle device may have reflection symmetry about a plane that includes centerline C and is perpendicular to the projection plane of FIG 1 located. In this case, the suction nozzle 1 and the drive nozzle 10 can comprise, for example, cuboid or approximately cuboid line sections. In addition, the nozzle device cannot have any reflection symmetry about the plane defined above, but line sections with exclusively or at least partially cuboid geometries. The term line section can be understood here in such a way that it refers to line sections which are delimited in the radial direction by solid walls. The solid walls can completely surround the line sections in the circumferential direction of the line sections.

Die Leitungsabschnitte der Antriebsdüse 10 und der ersten Saugdüse 1 können zumindest teilweise durch eine erste Wand 11 getrennt sein. Die erste Wand 11 kann einen konischen Abschnitt und mindestens einen zylindrischen Abschnitt umfassen, der direkt mit dem konischen Abschnitt verbunden ist.The line sections of the driving nozzle 10 and the first suction nozzle 1 can be at least partially separated by a first wall 11 . The first wall 11 may comprise a conical section and at least one cylindrical section connected directly to the conical section.

Das rechte Ende oder stromabwärts gelegene Ende der ersten Wand 11 kann als Austrittsabschnitt der Antriebsdüse 10 betrachtet werden, in dem das erste Fluid der Antriebsdüse 10 auf das zweite Fluid der ersten Saugdüse 1 trifft und die beiden Fluide miteinander wechselwirken, so dass das zweite Fluid durch das erste Fluid getrieben wird. Die Innenseite der ersten Wand 11 kann die Antriebsdüse 10 vollständig umgeben und somit allein die Querschnittsfläche und Form der Antriebsdüse 10 definieren. Die Außenseite der ersten Wand 11 kann die Innenbegrenzung der ersten Saugdüse 1 definieren. Die Innen- und Außenseite der ersten Wand 11 können zueinander parallele oder nahezu parallele Flächen umfassen. Insbesondere kann die erste Wand 11 mindestens einen zylindrischen Abschnitt oder einen Abschnitt mit konstanter Querschnittsfläche entlang der Strömungsrichtung umfassen. Dies gilt insbesondere für den Teil der ersten Wand 11, der der am weitesten stromabwärts gelegenen Teil der ersten Wand 11 oder der nahe dem am weitesten stromabwärts gelegenen Teil der ersten Wand 11 ist. Diese enge Ausrichtung dieser beiden Seiten der ersten Wand 11 gewährleistet, dass die Stromlinien der Strömung durch die Antriebsdüse 10 und die Stromlinien der Strömung durch die erste Saugdüse 1 parallel oder nahezu parallel zueinander verlaufen, wenn sie zusammenfließen oder aufeinandertreffen.The right end or downstream end of the first wall 11 can be regarded as the exit section of the driving nozzle 10, in which the first fluid of the driving nozzle 10 meets the second fluid of the first suction nozzle 1 and the two fluids interact with each other so that the second fluid passes through the first fluid is driven. The inside of the first wall 11 can completely surround the propulsion nozzle 10 and thus alone define the cross-sectional area and shape of the propulsion nozzle 10 . The outside of the first wall 11 can define the inner boundary of the first suction nozzle 1 . The inside and outside of the first wall 11 can comprise mutually parallel or nearly parallel surfaces. In particular, the first wall 11 can comprise at least a cylindrical section or a section with a constant cross-sectional area along the direction of flow. This is particularly true for that part of the first wall 11 which is the most downstream part of the first wall 11 or which is close to the most downstream part of the first wall 11 . This close alignment of these two sides of the first wall 11 ensures that the streamlines of flow through the propulsion nozzle 10 and the streamlines of flow through the first suction nozzle 1 are parallel or nearly parallel to each other when they merge or meet.

Stromabwärts des Austrittsabschnitts der Antriebsdüse 10 ist ein erstes Mischrohr 3 vorgesehen. Die Strömungsrichtung des Fluides wird durch die drei Pfeile links und oberhalb der Düsenvorrichtung angezeigt. Um und nahe der Mittellinie C verläuft die allgemeine Strömungsrichtung in 1 von links nach rechts. Nachgeschaltete Positionen von Komponenten befinden sich daher auf den rechten Seiten der Komponenten der Düsenvorrichtung in 1.A first mixing tube 3 is provided downstream of the exit section of the driving nozzle 10 . The direction of flow of the fluid is indicated by the three arrows to the left and above the nozzle device. Around and near the centerline C, the general direction of flow is in 1 left to right. Downstream component locations are therefore to the right of the nozzle assembly components in FIG 1 .

Das erste Mischrohr 3 ist somit stromabwärts der Antriebsdüse 10 und der ersten Saugdüse 1 vorgesehen. Der Durchmesser oder die Querschnittsfläche des Mischrohrs 3 kann so gewählt werden, dass es den kombinierten Volumenstrom der Antriebsdüse 10 und der ersten Saugdüse 1 aufnehmen kann.The first mixing tube 3 is thus provided downstream of the driving nozzle 10 and the first suction nozzle 1 . The diameter or the cross-sectional area of the mixing tube 3 can be selected in such a way that it can accommodate the combined volume flow of the driving nozzle 10 and the first suction nozzle 1 .

Das erste Mischrohr 3 kann durch eine zweite Wand 32 begrenzt sein und/oder das erste Mischrohr 3 kann einen teilweise oder vollständig zylindrischen Leitungsabschnitt umfassen. Die Länge des ersten Mischrohrs 3 kann so gewählt werden, dass sie das 2- bis 5-fache der Breite oder des Durchmessers des Mischrohrs 3 beträgt. Insbesondere kann die Länge des Mischrohrs 3 so gewählt werden, dass sie das 2,5- bis 4-fache der Breite oder des Durchmessers des Mischrohrs 3 beträgt.The first mixing tube 3 can be delimited by a second wall 32 and/or the first mixing tube 3 can comprise a partially or completely cylindrical line section. The length of the first mixing tube 3 can be selected to be 2 to 5 times the width or diameter of the mixing tube 3 . In particular, the length of the mixing tube 3 can be selected to be 2.5 to 4 times the width or diameter of the mixing tube 3 .

Das erste Mischrohr 3 kann so ausgebildet sein, dass es eine erste Diffusorstufe 31 am stromabwärtigen Ende des ersten Mischrohrs 3 umfasst. Die erste Diffusorstufe 31 kann eine größere Querschnittsfläche, einen größeren Durchmesser oder eine größere Breite aufweisen als andere, insbesondere stromaufwärts gelegene Teile des ersten Mischrohrs 3. Die erste Diffusorstufe 31 kann der stromabwärtigste Teil oder nahe dem stromabwärtigsten Teil des ersten Mischrohrs 3 sein. Das erste Mischrohr 3 und die erste Diffusorstufe 31 können einstückig durch die zweite Wand 32 gebildet sein.The first mixing tube 3 may be configured to include a first diffuser stage 31 at the downstream end of the first mixing tube 3 . The first diffuser stage 31 may have a larger cross-sectional area, a larger diameter or a larger width than other, particularly upstream parts of the first mixing tube 3. The first diffuser stage 31 may be the most downstream part or close to the most downstream part of the first mixing tube 3. The first mixing tube 3 and the first diffuser stage 31 can be formed in one piece by the second wall 32 .

Die erste Diffusorstufe 31 kann nahe bei oder Teil einer zweiten Saugdüse 2 sein, die stromabwärts des ersten Mischrohrs 3 angeordnet ist, wobei die Düsenvorrichtung so ausgelegt ist, dass eine Fluidströmung durch das erste Mischrohr 3 ein Fluid durch die zweite Saugdüse 2 treibt und/oder wobei die zweite Saugdüse 2 konzentrisch um das erste Mischrohr 3 angeordnet ist und/oder wobei die zweite Saugdüse 2 ein achsensymmetrisches Volumen aufweist, das durch innere und äußere Wände begrenzt ist.The first diffuser stage 31 may be close to or part of a second suction nozzle 2 arranged downstream of the first mixing tube 3, the nozzle device being designed such that a fluid flow through the first mixing tube 3 drives a fluid through the second suction nozzle 2 and/or wherein the second suction nozzle 2 is arranged concentrically around the first mixing tube 3 and/or wherein the second suction nozzle 2 has an axisymmetric volume delimited by inner and outer walls.

Wie im Ausführungsbeispiel von 1 dargestellt, kann die vorliegende Düsenvorrichtung eine ein- oder mehrstufige Düsenvorrichtung sein, die eine Vielzahl von Saugdüsen 1, 2 und/oder Antriebsdüsen 10 umfasst. Daher kann der am weitesten stromabwärts gelegene Abschnitt des ersten Mischrohrs 3, insbesondere der Austrittsabschnitt des ersten Mischrohrs 3, als eine weitere Antriebsdüse oder als Teil einer weiteren Antriebsdüse zum Antreiben von Fluid durch die zweite Saugdüse 2 angesehen werden.As in the embodiment of 1 shown, the present nozzle device can be a single-stage or multi-stage nozzle device which comprises a multiplicity of suction nozzles 1, 2 and/or drive nozzles 10. Therefore, the most downstream portion of the first mixing tube 3, in particular the exit portion of the first mixing tube 3, can be considered as a further propulsion nozzle or part of a further propulsion nozzle for propelling fluid through the second suction nozzle 2.

Die Geometrie der zweiten Saugdüse 2 kann der Geometrie der ersten Saugdüse 1 insofern entsprechen, als sie eine Rotationssymmetrie um die Mittellinie C oder eine Reflexionssymmetrie in Analogie zu der oben beschriebenen Reflexionssymmetrie der ersten Saugdüse 1 aufweisen kann. Alternativ ist auch eine nicht-symmetrische Ausführung wie oben beschrieben möglich. Weiterhin können die Wände, die die zweite Saugdüse 2 begrenzen, d.h. die zweite Wand 32 an der Innenseite der zweiten Saugdüse 2 und eine weitere Wand an der Außenseite der zweiten Saugdüse 2, so ausgerichtet sein, dass sie die Strömung durch die zweite Saugdüse 2 eng an die Strömung durch das erste Mischrohr 3 ausrichten. Insbesondere kann die zweite Saugdüse 2 so ausgerichtet sein, dass sich die Geschwindigkeitsvektoren des Fluidstroms durch die zweite Saugdüse 2 den Geschwindigkeitsvektoren des Fluidstroms durch das erste Mischrohr 3 in Richtung und Größe annähern. Die Begrenzungswände der zweiten Saugdüse 2 können daher parallel und/oder abgewinkelt zur Strömungsrichtung durch das Mischrohr 3 sein, so dass sich die Strömung durch das erste Mischrohr 3 und die Strömung durch die zweite Saugdüse 2 mit nur minimalen Verlusten vermischen.The geometry of the second suction nozzle 2 can correspond to the geometry of the first suction nozzle 1 in that it can have a rotational symmetry about the center line C or a reflection symmetry analogous to the reflection symmetry of the first suction nozzle 1 described above. Alternatively, a non-symmetrical design as described above is also possible. Furthermore, the walls delimiting the second suction nozzle 2, i.e. the second wall 32 on the inside of the second suction nozzle 2 and another wall on the outside of the second suction nozzle 2, can be oriented so as to narrow the flow through the second suction nozzle 2 align with the flow through the first mixing tube 3. In particular, the second suction nozzle 2 can be oriented such that the velocity vectors of the fluid flow through the second suction nozzle 2 approximate the velocity vectors of the fluid flow through the first mixing tube 3 in direction and magnitude. The boundary walls of the second suction nozzle 2 can therefore be parallel and/or angled to the direction of flow through the mixing tube 3, so that the flow through the first mixing tube 3 and the flow through the second suction nozzle 2 mix with only minimal losses.

Ein zweites Mischrohr 4 kann stromabwärts des ersten Mischrohrs 3 und der zweiten Saugdüse 2 vorgesehen sein. Das zweite Mischrohr 4 kann zylindrische Leitungsabschnitte und/oder eine zweite Diffusorstufe 41 am stromabwärtigen Ende des zweiten Mischrohrs 4 umfassen. Das stromabwärtige Ende des zweiten Mischrohrs 4 kann mit einer Fluidleitung verbunden oder verbindbar sein.A second mixing tube 4 may be provided downstream of the first mixing tube 3 and the second suction nozzle 2 . The second mixing tube 4 can comprise cylindrical line sections and/or a second diffuser stage 41 at the downstream end of the second mixing tube 4 . The downstream end of the second mixing tube 4 can be connected or connectable to a fluid line.

Während des Betriebs der Düsenvorrichtung wird die Antriebsdüse 10 von einem ersten Fluid durchströmt und die erste Saugdüse 1 und/oder die zweite Saugdüse 2 werden von einem zweiten Fluid durchströmt, wobei das erste und das zweite Fluid die gleichen Arten von Fluiden sind oder wobei das erste und das zweite Fluid unterschiedliche Arten von Fluiden sind. Das erste Fluid der Antriebsdüse 10 treibt die durch die Saugdüsen 1, 2 strömenden Fluide an, und die Fluide können Gase und/oder Flüssigkeiten sein.During operation of the nozzle device, a first fluid flows through the drive nozzle 10 and a second fluid flows through the first suction nozzle 1 and/or the second suction nozzle 2, the first and second fluids being the same types of fluids or the first and the second fluid are different types of fluids. The first fluid of the driving nozzle 10 drives the fluids flowing through the suction nozzles 1, 2, and the fluids can be gases and/or liquids.

Die erste Saugdüse 1 oder die zwei oder mehr Saugdüsen 1, 2 können ringförmig oder in der Nähe von ringförmigen Düsen sein, die die kreisförmige Antriebsdüse 10 umgeben oder weitere Antriebsdüsen zumindest teilweise umgeben. Die Antriebsdüse 10 kann konzentrisch oder in anderer Weise umgeben sein. Die Antriebsdüse 10 kann eine Treibluftdüse sein. Die Düsenvorrichtung kann zusammen mit einem Turbolader eines Verbrennungsmotors verwendet werden. In diesem Fall kann die Düsenvorrichtung als Teil einer Strahlpumpe betrachtet werden, die Gase z.B. aus einem Kraftstofftank in den Verbrennungsmotor pumpt.The first suction nozzle 1 or the two or more suction nozzles 1, 2 may be annular or in the vicinity of annular nozzles surrounding the circular propulsion nozzle 10 or at least partially surrounding further propulsion nozzles. The propulsion nozzle 10 may be surrounded concentrically or in some other way. The driving nozzle 10 can be a driving air nozzle. The nozzle device can be used together with a turbocharger of an internal combustion engine. In this case, the nozzle device can be considered as part of a jet pump that pumps gases from, for example, a fuel tank into the internal combustion engine.

Die Düsen der vorliegenden Erfindung können so gestaltet sein, dass die Strömungsgeschwindigkeiten und/oder die Strömungsrichtungen benachbarter Düsen möglichst ähnlich sind. Insbesondere können die Düsen so gestaltet sein, dass die Strömungsrichtungen und/oder -geschwindigkeiten des ersten aus der Antriebsdüse 10 austretenden Fluidstroms möglichst ähnlich sind wie die des zweiten aus der ersten und/oder zweiten Saugdüse 1, 2 austretenden Fluidstroms.The nozzles of the present invention can be designed in such a way that the flow velocities and/or the flow directions of adjacent nozzles are as similar as possible. In particular, the nozzles can be designed in such a way that the flow directions and/or flow speeds of the first fluid stream exiting the drive nozzle 10 are as similar as possible to those of the second fluid stream exiting the first and/or second suction nozzle 1, 2.

Die vorliegende Düsenvorrichtung und die entsprechenden Strahlpumpen bieten mindestens eine zusätzliche Saugdüse 1, 2, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit des Saugstroms erhöht wird, bevor er sich mit dem Antriebsstrom vermischt. Die zusätzliche Saugdüse 1, 2 reduziert wirksam die Erzeugung von Turbulenzen bei der Vermischung der mindestens zwei Fluidströme, d.h. des ersten und des zweiten Fluidstroms. Dadurch werden Leistung und Wirkungsgrad der Pumpe erhöht.The present nozzle device and the corresponding jet pumps offer at least one additional suction nozzle 1, 2, which increases the flow rate of the suction stream before it mixes with the propulsion stream. The additional suction nozzle 1, 2 effectively reduces the generation of turbulence when mixing the at least two fluid streams, i.e. the first and second fluid streams. This increases the performance and efficiency of the pump.

Die Energie wird den entsprechenden Strahlpumpen in Form eines treibenden Massenstroms zugeführt, der in einer Antriebsdüse beschleunigt wird und entsprechend einen Fluidstrahl mit hoher Geschwindigkeit und niedrigen Drücken erzeugt. Der entstehende Unterdruck wird genutzt, um einen Saugmassenstrom in die Pumpen- oder Düsenvorrichtung zu ziehen, der sich mit dem Antriebsstrom, d.h. dem ersten Fluidstrom, vermischt. Der treibende Massenstrom oder erste Fluidstrom und der Saugmassenstrom oder zweite Fluidstrom verlassen die Pumpe oder Düsenvorrichtung, nachdem sie eine oder mehrere Diffusorstufen 31, 41 passiert haben, die den Druck des Stroms erhöhen.The energy is supplied to the respective jet pumps in the form of a propulsive mass flow, which is accelerated in a propulsion nozzle and correspondingly generates a fluid jet with high speed and low pressures. The resulting negative pressure is used to draw a suction mass flow into the pump or nozzle device, which mixes with the drive flow, i.e. the first fluid flow. The driving mass flow or first fluid flow and the suction mass flow or second fluid flow leave the pump or nozzle device after passing through one or more diffuser stages 31, 41 which increase the pressure of the flow.

Ein Hauptvorteil der Strahlpumpen ist ihre einfache Konstruktion ohne bewegliche Teile. Zu den wesentlichen Nachteilen gehört der geringe Wirkungsgrad solcher Pumpen, der sich aus der Vermischung eines Hochgeschwindigkeitsstrahls mit einem nahezu stagnierenden Fluid ergibt.A major advantage of jet pumps is their simple construction with no moving parts. The main disadvantages include the low efficiency of such pumps, which results from the mixing of a high-speed jet with a nearly stagnant fluid.

2a zeigt eine schematische Darstellung einer typischen Strahlpumpenströmungskonfiguration, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. 2b zeigt eine vereinfachte Darstellung des entsprechenden Fluidstroms. Wie in 2a dargestellt, wird ein Strahl mit hoher Geschwindigkeit durch eine Antriebsdüse 10 erzeugt, die den Saugmassenstrom ansaugt, der typischerweise eine sehr geringe Geschwindigkeit hat. 2a Figure 12 shows a schematic representation of a typical jet pump flow configuration tion, as is known from the prior art. 2 B shows a simplified representation of the corresponding fluid flow. As in 2a As shown, a high velocity jet is generated by a propulsion nozzle 10 which aspirates the suction mass flow, which typically has a very low velocity.

2b ist eine idealisierte Darstellung einer typischen Strahlpumpenströmung. Der Saugmassenstrom mit niedriger Geschwindigkeit wird durch die kurzen horizontalen Pfeile angezeigt. Er vermischt sich mit dem Hochgeschwindigkeitsstrahl, der durch lange horizontale Pfeile angezeigt wird. Der gezeigte hohe Geschwindigkeitsgradient führt zu hohen Scherspannungen. Die in 2b dargestellte Strömung berücksichtigt nur die Strömungskomponente in Strahlrichtung, d.h. in horizontaler Richtung. 2 B is an idealized representation of a typical jet pump flow. The low velocity suction mass flow is indicated by the short horizontal arrows. It blends with the high-speed jet indicated by long horizontal arrows. The high velocity gradient shown leads to high shear stresses. In the 2 B The flow shown only considers the flow component in the jet direction, ie in the horizontal direction.

Die Scherspannung τ an der Grenzfläche zwischen Strahl- und Saugmassenstrom bzw. zwischen dem ersten und zweiten Fluidstrom steigt mit dem Geschwindigkeitsgradienten des entsprechenden Fluidstroms. Letzterer ist aufgrund der hohen Geschwindigkeitsdifferenz der beiden Fluidströme in der Regel sehr groß. Hohe Scherspannungen führen zur Erzeugung von Turbulenzen, die wiederum zur Dissipation von Primärenergie führen, was der Grund für den geringen Wirkungsgrad von Strahlpumpen ist. Eine effizientere Strahlpumpe erfordert eine Reduzierung der Scherspannungen, die durch die Vermischung der beiden Massenströme induziert werden. Da die Strahlgeschwindigkeit durch den erforderlichen Pumpendruck bestimmt wird, kann die Scherspannung an der Grenzfläche nur durch eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Saugstroms in Richtung des Strahlstroms reduziert werden.The shear stress τ at the interface between jet and suction mass flow or between the first and second fluid flow increases with the velocity gradient of the corresponding fluid flow. The latter is usually very large due to the high speed difference between the two fluid flows. High shear stresses lead to the generation of turbulence, which in turn leads to the dissipation of primary energy, which is the reason for the low efficiency of jet pumps. A more efficient jet pump requires a reduction in the shear stresses induced by the mixing of the two mass flows. Since the jet velocity is determined by the required pump pressure, the shear stress at the interface can only be reduced by increasing the flow velocity of the suction stream in the direction of the jet stream.

Die 3a und 3b zeigen eine Strahlpumpenströmungskonfiguration, bei der der Saugstrom vor der Vermischung mit dem Strahl beschleunigt wird, wodurch der Geschwindigkeitsgradient verringert wird. Dadurch verringern sich die Scherspannungen und damit die Menge der erzeugten Turbulenzen und der dissipierten Energie. Infolgedessen geht weniger Energie verloren, und die Strahlpumpe ist effizienter. In 3a umfasst die Strahlpumpe oder Düsenvorrichtung die Antriebsdüse 10 und die ersten Saugdüse 1 für den Saugstrom. 3b zeigt eine idealisierte Darstellung der entsprechenden Strömung. Die Saugstromgeschwindigkeit wird durch die kürzeren horizontalen Pfeile und die Strahlstromgeschwindigkeit durch die längeren horizontalen Pfeile angezeigt. Wie man sieht, ist der Längen- und damit Geschwindigkeitsunterschied geringer als in der in 2b dargestellten Situation. Daher ist die Scherspannung reduziert. Die in 3b gezeigte Strömung berücksichtigt wie bisher nur die Strömungskomponente in Strahlrichtung, d.h. die horizontale Richtung. Die Saugdüsen 1, 2 können so ausgebildet sein, dass sie den zweiten Fluidstrom so lenken, dass er sich dem ersten Fluidstrom parallel zu diesem oder in einem sehr kleinen Winkel nähert. Um diesen Effekt zu erreichen, können die Saugdüsen 1, 2 entsprechend abgewinkelte Begrenzungen umfassen.the 3a and 3b show a jet pump flow configuration in which the suction flow is accelerated prior to mixing with the jet, thereby reducing the velocity gradient. This reduces the shear stresses and thus the amount of turbulence generated and energy dissipated. As a result, less energy is lost and the jet pump is more efficient. In 3a the jet pump or nozzle device comprises the driving nozzle 10 and the first suction nozzle 1 for the suction flow. 3b shows an idealized representation of the corresponding flow. Suction flow velocity is indicated by the shorter horizontal arrows and jet flow velocity by the longer horizontal arrows. As you can see, the difference in length and thus speed is smaller than in the in 2 B depicted situation. Therefore, the shear stress is reduced. In the 3b The flow shown only considers the flow component in the jet direction, ie the horizontal direction, as before. The suction nozzles 1, 2 can be designed to direct the second fluid flow so that it approaches the first fluid flow parallel to it or at a very small angle. In order to achieve this effect, the suction nozzles 1, 2 can include correspondingly angled boundaries.

Die vorliegende Erfindung ist von besonderem Nutzen für die Entlüftung von Kurbelgehäusen und Kraftstofftanks von Fahrzeugen. Aufgrund des Blow-by und der Kraftstoffverdampfung müssen diese Bauteile durch entsprechende Strahlpumpen belüftet werden, um die aktuellen Emissionsvorschriften einzuhalten. Dabei kann die einem Verbrennungsmotor zugeführte Luft als Antriebs- oder erstes Fluid verwendet werden. Bei der bereitgestellten Luft kann es sich um Druckluft z.B. von einem Turbolader oder einem Kompressor handeln. Die vorliegende Erfindung stellt hochleistungsfähige Mittel zur Belüftung dieser Komponenten bei Leerlauf- und Vollgasbetrieb zur Verfügung, was zu niedrigen und hohen Antriebsdrücken führt. Gleichzeitig stellt die vorliegende Erfindung Strahlpumpen mit niedrigem Verbrauch von Antriebsluft oder Antriebsfluid bei Vollgasbetrieb des Motors bereit.The present invention is of particular utility for venting vehicle crankcases and fuel tanks. Due to the blow-by and the fuel vaporization, these components must be ventilated by appropriate jet pumps in order to comply with the current emission regulations. In this case, the air supplied to an internal combustion engine can be used as the drive fluid or as the first fluid. The air provided can be compressed air, e.g. from a turbocharger or a compressor. The present invention provides a high performance means of venting these components at idle and full throttle operation resulting in low and high driving pressures. At the same time, the present invention provides jet pumps with low consumption of motive air or motive fluid at full throttle operation of the engine.

Die Erfindung ist nicht auf eine der oben beschriebenen Ausführungsformen oder Merkmale beschränkt. Die Erfindung kann verschiedene Ergänzungen oder Änderungen der beschriebenen Ausführungsformen umfassen.The invention is not limited to any of the embodiments or features described above. The invention may include various additions or modifications to the described embodiments.

Alle sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen ergebenden Merkmale und Vorteile, einschließlich baulicher Details, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl einzeln als auch in den verschiedensten Kombinationen für die Erfindung wesentlich sein.All of the features and advantages resulting from the claims, the description and the drawings, including structural details, spatial arrangements and method steps, can be essential for the invention both individually and in the most varied of combinations.

BezugszeichenlisteReference List

11
erste Saugdüsefirst suction nozzle
22
zweite Saugdüsesecond suction nozzle
33
erstes Mischrohrfirst mixing tube
44
zweite Mischrohrsecond mixing tube
1010
Antriebsdüsepropulsion nozzle
1111
erste Wandfirst wall
3131
erste Diffusorstufefirst diffuser stage
3232
zweite Wandsecond wall
4141
zweite Diffusorstufesecond diffuser stage
CC
Mittelliniecenterline

Claims (10)

Düsenvorrichtung für eine Strahlpumpe, mit einer Antriebsdüse (10) und einer ersten Saugdüse (1), wobei die erste Saugdüse (1) radial außerhalb der Antriebsdüse (10) angeordnet ist und wobei die Düsenvorrichtung so ausgebildet ist, dass eine Fluidströmung durch die Antriebsdüse (10) ein Fluid durch die erste Saugdüse (1) treibt.Nozzle device for a jet pump, with a drive nozzle (10) and a first suction nozzle (1), the first suction nozzle (1) being arranged radially outside the drive nozzle (10) and the nozzle device being designed in such a way that a fluid flow through the drive nozzle ( 10) drives a fluid through the first suction nozzle (1). Düsenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Saugdüse (1) konzentrisch um die Antriebsdüse (10) angeordnet ist und/oder dass die erste Saugdüse (1) ein achsensymmetrisches Volumen umfasst.nozzle device claim 1 , characterized in that the first suction nozzle (1) is arranged concentrically around the drive nozzle (10) and/or that the first suction nozzle (1) comprises an axisymmetric volume. Düsenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Antriebsdüse (10) und der ersten Saugdüse (1) ein erstes Mischrohr (3) vorgesehen ist.nozzle device claim 1 or 2 , characterized in that downstream of the drive nozzle (10) and the first suction nozzle (1), a first mixing tube (3) is provided. Düsenvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mischrohr (3) eine erste Diffusorstufe (31) am stromabwärtigen Ende des ersten Mischrohrs (3) umfasst.nozzle device claim 3 , characterized in that the first mixing tube (3) comprises a first diffuser stage (31) at the downstream end of the first mixing tube (3). Düsenvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des ersten Mischrohrs (3) eine zweite Saugdüse (2) angeordnet ist, wobei die Düsenvorrichtung so ausgebildet ist, dass eine Fluidströmung durch das erste Mischrohr (3) ein Fluid durch die zweite Saugdüse (2) treibt und/oder wobei die zweite Saugdüse (2) konzentrisch um das erste Mischrohr (3) angeordnet ist und/oder wobei die zweite Saugdüse (2) ein achsensymmetrisches Volumen umfasst.nozzle device claim 3 or 4 , characterized in that a second suction nozzle (2) is arranged downstream of the first mixing tube (3), the nozzle device being designed such that a fluid flow through the first mixing tube (3) drives a fluid through the second suction nozzle (2) and/ or wherein the second suction nozzle (2) is arranged concentrically around the first mixing tube (3) and/or wherein the second suction nozzle (2) comprises an axisymmetric volume. Düsenvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des ersten Mischrohrs (3) und der zweiten Saugdüse (2) ein zweites Mischrohr (4) vorgesehen ist.nozzle device claim 5 , characterized in that a second mixing tube (4) is provided downstream of the first mixing tube (3) and the second suction nozzle (2). Düsenvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mischrohr (4) eine zweite Diffusorstufe (41) am stromabwärtigen Ende des zweiten Mischrohrs (4) umfasst.nozzle device claim 6 , characterized in that the second mixing tube (4) comprises a second diffuser stage (41) at the downstream end of the second mixing tube (4). Düsenvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Fluid durch die Antriebsdüse und ein zweites Fluid durch die erste (1) und/oder die zweite Saugdüse (2) strömt, wobei das erste und das zweite Fluid die gleichen Arten von Fluiden sind oder wobei das erste und das zweite Fluid unterschiedliche Arten von Fluiden sind.Nozzle device according to any one of the preceding claims, characterized in that a first fluid flows through the driving nozzle and a second fluid flows through the first (1) and/or the second suction nozzle (2), the first and second fluids being the same types of fluids or wherein the first and second fluids are different types of fluids. Düsenvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fluid ein Gas ist und das zweite Fluid ein Gas ist und/oder dass das zweite Fluid eine Flüssigkeit ist.nozzle device claim 8 , characterized in that the first fluid is a gas and the second fluid is a gas and/or that the second fluid is a liquid. Strahlpumpe mit mindestens einer Düsenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.Jet pump with at least one nozzle device according to one of Claims 1 until 9 .
DE102020118330.5A 2020-07-10 2020-07-10 Nozzle device for a jet pump and jet pump Pending DE102020118330A1 (en)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020118330.5A DE102020118330A1 (en) 2020-07-10 2020-07-10 Nozzle device for a jet pump and jet pump
PCT/EP2021/065702 WO2022008162A1 (en) 2020-07-10 2021-06-10 Nozzle appliance for a jet pump and jet pump
KR1020237001175A KR20230014844A (en) 2020-07-10 2021-06-10 Jet pumps and nozzle mechanisms for jet pumps
CN202180040898.3A CN115917161A (en) 2020-07-10 2021-06-10 Nozzle device for a jet pump and jet pump
JP2023501242A JP2023533328A (en) 2020-07-10 2021-06-10 Nozzle device for jet pump and jet pump
US18/015,471 US20230287903A1 (en) 2020-07-10 2021-06-10 Nozzle Appliance for a Jet Pump and Jet Pump
EP21734289.8A EP4179213A1 (en) 2020-07-10 2021-06-10 Nozzle appliance for a jet pump and jet pump

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020118330.5A DE102020118330A1 (en) 2020-07-10 2020-07-10 Nozzle device for a jet pump and jet pump

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020118330A1 true DE102020118330A1 (en) 2022-01-13

Family

ID=76601187

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020118330.5A Pending DE102020118330A1 (en) 2020-07-10 2020-07-10 Nozzle device for a jet pump and jet pump

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230287903A1 (en)
EP (1) EP4179213A1 (en)
JP (1) JP2023533328A (en)
KR (1) KR20230014844A (en)
CN (1) CN115917161A (en)
DE (1) DE102020118330A1 (en)
WO (1) WO2022008162A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114688105A (en) * 2022-04-13 2022-07-01 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 Multistage auxiliary pressurizing ship water supply device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3662960A (en) 1966-11-21 1972-05-16 United Aircraft Corp Injector head
DE212013000051U1 (en) 2012-04-10 2014-09-11 J. Schmalz Gmbh Pneumatic vacuum generator with motive nozzle and receiver nozzle
DE102017203877A1 (en) 2017-03-09 2018-09-13 Polytec Plastics Germany Gmbh & Co. Kg Switched suction jet pump

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US267022A (en) * 1882-11-07 Steam jet injector and exhauster
US742618A (en) * 1902-03-17 1903-10-27 Eynon Evans Mfg Company Blower.
US1138125A (en) * 1907-09-10 1915-05-04 Expl Des Procedes Westinghouse Leblanc Sa Fluid-ejector.
US1135834A (en) * 1913-01-09 1915-04-13 Campbell Morton Hydraulic air-ejector for vacuum cleaning and other purposes.
US2711284A (en) * 1951-05-08 1955-06-21 Marshall W Phillips Vacuum pump
DE2410570C2 (en) * 1974-03-06 1982-04-29 Basf Ag, 6700 Ludwigshafen Device for sucking in and compressing gases and mixing them with liquid
CN105736482B (en) * 2010-06-21 2018-04-10 靳北彪 Jet injector with high efficiency
CN104454670A (en) * 2014-10-22 2015-03-25 江苏振华泵业制造有限公司 Vapor-liquid mixed-pumping type injection pump
DE102015200341A1 (en) * 2015-01-13 2016-07-14 Polytec Plastics Germany Gmbh & Co. Kg Multi-stage suction jet pump

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3662960A (en) 1966-11-21 1972-05-16 United Aircraft Corp Injector head
DE212013000051U1 (en) 2012-04-10 2014-09-11 J. Schmalz Gmbh Pneumatic vacuum generator with motive nozzle and receiver nozzle
DE102017203877A1 (en) 2017-03-09 2018-09-13 Polytec Plastics Germany Gmbh & Co. Kg Switched suction jet pump

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023533328A (en) 2023-08-02
KR20230014844A (en) 2023-01-30
CN115917161A (en) 2023-04-04
US20230287903A1 (en) 2023-09-14
WO2022008162A1 (en) 2022-01-13
EP4179213A1 (en) 2023-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2378072B1 (en) Bypass flow channel of a turbofan engine
DE3530769C2 (en) Blade for a gas turbine engine
DE112018002876T5 (en) Systems and methods for mixing exhaust gases and reducing agents in an aftertreatment system
DE3304417C2 (en) Gas turbine engine with a propeller designed as a prop fan
DE202013006962U1 (en) mixing chamber
CH703749A2 (en) Turbine exhaust chamber.
DE102013012909A1 (en) mixing chamber
DE2853340A1 (en) DEVICE FOR CREATING A PRE-WHIRL AT THE COMPRESSOR INLET OF A TURBINE ENGINE
EP1004777B1 (en) Jet pump
DE102020118330A1 (en) Nozzle device for a jet pump and jet pump
DE2045983A1 (en) Extraction exhaust system for the compressor of a gas turbine engine
DE112017006555T5 (en) TURBINE AND GAS TURBINE
DE1426423A1 (en) Gas turbine jet engine
EP0807576A2 (en) Ejection and oil system for an auxiliary power unit of an aircraft
DE112017005019T5 (en) Gas-to-gas exhaust fan with improved entrainment efficiency
WO2013107489A1 (en) Method and device for stabilizing a compressor current
DE3719930C2 (en) Turbofan gas turbine engine
AT404287B (en) SUCTION PIPE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
EP3643396B1 (en) Continuously operating and fluid-respiring fluid mixing machine and method for operating same
DE102006037578A1 (en) Mixer used in an exhaust gas recycling system comprises a tubular base body with an inner wall delimiting a charged air flow channel and an integrated exhaust gas flow channel
DE112019007452B4 (en) Systems and methods for mixing exhaust gases and reducing agents in an aftertreatment system
DE102016214076A1 (en) Intercooler
DE3906765A1 (en) TURBO STEEL ENGINE
DE102015122491A1 (en) Cooling system and motor vehicle
DE872699C (en) Arrangement of the combustion chambers in jet engines, especially the two-circuit design

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed