DE4303736C2

DE4303736C2 - Impulsdüse für eine Reaktionsvorrichtung

Info

Publication number: DE4303736C2
Application number: DE4303736A
Authority: DE
Inventors: Keiji Yoshimura; Masakazu Kuwahara; Osamu Suto; Eiji Suzuki; Norifumi Uehara
Original assignee: Japan Nuclear Cycle Development Institute; 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: 2000-02-10
Anticipated expiration: 2013-02-04
Also published as: DE4303736A1; US5295509A; JP2532907Y2; JPH0563631U

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Impulsdüse für eine Reaktionsvorrichtung, beispielsweise zur Erzeugung einer chemischen oder physikalischen Reaktion, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Bei Impulsdüsen für eine Reaktionsvorrichtung zum Erzielen einer sehr niedrigen Temperatur durch Expandieren von Hochdruckgas normaler Temperatur in wärmeisolierender Weise wurde bisher ein Magnetventil zum pulsierenden Zuführen von Fluid benutzt.

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

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

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Impulsdüse für eine Reaktionsvor richtung zu schaffen, die zum Verarbeiten einer großen Menge von Fluid geeignet ist und bei der die Wiederholfrequenz der pulsierenden Zuführung auf einem hohen Wert gehalten werden kann.

Die Aufgabe wird bei einer Impulsdüse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs mit den in seinem kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmalen gelöst.

Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Impulsdüse wird das bewegliche Schlitzelement gleitend bewegt, indem es von den beiden die beiden gegenüberliegenden Enden des beweglichen Schlitzelements abstützenden piezoelektrischen Kristallelementen angetrieben wird, und wenn die Schlitzöffnungen des beweglichen Schlitzelements mit den Schlitzöffnungen des festen Schlitzelements zusammenfallen, ist die Impulsdüse geöffnet, so daß eine Gasströmung auftritt.

Wenn die Schlitzöffnungen des beweglichen Schlitzelements sich mit den Schlitzöffnungen des festen Schlitzelements nicht überschneiden, wird die Impulsdüse geschlossen, so daß die Gas strömung unterbrochen wird.

Weiterhin kann eine Vielzahl von Impulsdüsen parallel angeordnet und gleichzeitig betrieben werden, so daß eine große Menge von Gas verarbeitet werden kann.

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

Ein großflächiger Aufbau der Impulsdüse, der bisher wegen der Einschränkung der Antriebs leistung des als Antriebsquelle des beweglichen Schlitzelements arbeitenden piezoelektrischen Kristallelements nicht möglich 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.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt einer Impulsdüse gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang Linie I-I von Fig. 2;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt entlang Linie II-II von Fig. 1;

Fig. 3 zeigt schematisch die Betriebsweise der Impulsdüse dieser Ausführungsform,

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt einer Impulsdüse gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt entlang Linie V-V von Fig. 4.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

Erste Ausführungsform:

Fig. 1 und 2 sind Querschnitte einer Impulsdüse gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche in einer Reaktionsvorrichtung eingesetzt wird, zum Erhalt einer sehr niedrigen Temperatur durch Expandieren von Hochdruckgas normaler Temperatur in wärmeisolierender Weise.

Ein Düsenteil 2 der Impulsdüse 1 weist eine Düsenöffnung 2b auf, die mit einem Düseneinlaß 2a in Verbindung steht und einen inneren Bereich hat, der sich auf seinem Weg verengt, und 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 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 bewegbar ist, während die Ebene des beweglichen Schlitzelements 4 in Kontakt mit der Ebene des festen Schlitzelements 3 ist. Die Schlitze 4a sind so positioniert, daß sie mit den Schlitzen 3a des festen Schlitzelements 3 zusammenfallen, wenn die Impulsdüse 1 geöffnet ist.

Zwei piezoelektrische Kristallelemente 5 und 6, die jeweils an einem Ende die obere und untere Seite des beweglichen Schlitzelements 4 abstützen, um das bewegliche Schlitzelement 4 gleitend zu bewegen, und deren andere Enden fest an einem festen Teil der Impulsdüse 1 befestigt sind, sind in der Einlaß-Seitenkammer 2d des Düsenteils 2 angeordnet. Die Bezugsziffern 5a, 5b und 6a, 6b bezeichnen den elektrischen Anschluß der piezoelektrischen Kristallelemente 5 bzw. 6.

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

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

Die in Fig. 1 gezeigte Impulsdüse 1 umfaßt zwei piezoelektrische Kristallelemente 5 und 6, an die keine Spannung vom Impulsgenerator 7 angelegt ist und die durch ihre Rückstellkraft in die ursprüngliche Position zurückgeführt sind, so daß die Schlitze 4a des beweglichen Schlitzelements 4 mit den Schlitzen 3a des festen Schlitzelements 3 zusammenfallen und die Impulsdüse 1 geöffnet ist. Zu diesem Zeitpunkt wird die Gasströmung G vom auf hohem Druck gehaltenen Düseneinlaß 2a zum von einem Kompressor oder dergleichen auf niedrigem Druck gehaltenen Düsenauslaß 2c transportiert.

Wie in Fig. 3 gezeigt, werden die piezoelektrischen Kristallelemente 5 und 6, wenn die Spannung vom Impulsgenerator 7 über die Anschlüsse 5a, 5b bzw. 6a, 6b an die piezoelektrischen Kristallelemente 5 und 6 angelegt wird, in der gleichen Richtung, wie durch den Pfeil angezeigt, abgebogen, so daß die piezoelektrischen Kristallelemente 5 und 6 das bewegliche Schlitzelement 4 gleitend in Richtung des Pfeils von Fig. 3 bewegen. Dabei fallen in der dargestellten Position die Schlitze 4a des beweglichen Schlitzelements 4 nicht mit den Schlitzen 3a des festen Schlitzelements 3 zusammen, so daß die Impulsdüse 1 geschlossen ist. Entsprechend wird der Gastransport vom Düseneinlaß 2a zum Düsenauslaß 2c unterbrochen.

Wird die vom Impulsgenerator 7 erzeugte Spannung in pulsierender Weise an die piezoelek trischen Kristallelemente 5 und 6 angelegt, so wird das Gas vom Düseneinlaß 2a entsprechend pulsierend zum Düsenauslaß 2c transportiert.

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

Zweite Ausführungsform:

Fig. 4 und 5 zeigen eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei eine Impulsdüse 11 im Schnitt mit einer Vielzahl (fünf Sätze in dieser Ausführungsform) von Schlitzelementen gezeigt ist, die parallel angeordnet sind.

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

Ein Düsenteil 12 der Impulsdüse 11 weist eine Düsenöffnung 12b auf, die mit einem Düseneinlaß 12a in Verbindung steht und einen inneren Bereich hat, der sich in Richtung des Strömungswegs verengt und die einen Düsenauslaß 12c aufweist, der sich mit einem vergrößerten Durchmesser öffnet. Eine Vielzahl von festen Schlitzelementen (fünf Sätze in Fig. 4 und 5) 13 ist nebeneinander angeordnet, wobei jedes eine Vielzahl von in Fig. 5 senkrecht übereinander angeordneten Schlitzen (drei Schlitze in Fig. 4) aufweist, die senkrecht zur Gasströmung G 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 Schlitzelementen 4 mit einer Breite von etwa 50 mm und mit jeweils einem Paar von piezo elektrischen Kristallelementen 5 und 6 zum gleitenden Bewegen der beweglichen Schlitzele mente 4 relativ zu den festen Schlitzelementen 13 in der Einlaß-Seitenkammer 12d des Düsenteils 12 angeordnet.

Jedes piezoelektrische Kristallelement 5 und 6 wird von einem nicht gezeigten, extern ange schlossenen Impulsgenerator gleichzeitig in die gleiche Richtung angetrieben.

In der zweiten Ausführungsform weist die Impulsdüse 11 eine Vielzahl von Impulsdüsen 1 der ersten Ausführungsform parallel nebeneinander auf, wobei die Zahl der Impulsdüsen 1 ent sprechend der gewünschten Kapazität der Impulsdüse 11 erhöht oder erniedrigt werden kann.

Claims

1. Impulsdüse für eine Reaktionsvorrichtung, beispielsweise zur Erzeugung einer chemischen oder physikalischen Reaktion zum Erhalt einer sehr niedrigen Temperatur durch Expandieren von Hochdruckgas normaler Temperatur in wärmeisolierender Weise, wobei die Impulsdüse ein festes Schlitzelement (3) und ein bewegliches Schlitzelement (4) aufweist, beide Schlitzelemente mit der gleichen Zahl von Schlitzen (3a, 4a) der gleichen Größe und Anordnung innerhalb des jeweiligen Schlitzelementes versehen sind und wobei das bewegliche Schlitzelement (4) geeignet ist in Richtung der Breite der Schlitze des festen Schlitzelementes (3) zu gleiten, wodurch die Impulsdüse geöffnet wird bei Überlagerung der Schlitze des bewegbaren Schlitzelementes mit denen des festen Schlitzelementes, dadurch gekennzeichnet, daß das feste Schlitzelement (3) an der Einlaßseite der Impulsdüse angeordnet ist, daß das bewegliche Schlitzelement (4) so angeordnet ist, daß es über eine Entfernung gleiten kann, die etwas größer ist als die Breite der Schlitze und daß zwei piezoelektrische Kristallelemente (5, 6) vorgesehen sind, die die gegenüberliegenden Enden des beweglichen Schlitzelementes (4) in Richtung der Breite der Schlitze stützen und um das bewegliche Schlitzelement (4) gleitend unter Krafteinwirkung auf diese beiden Enden zu bewegen, wobei die beiden piezoelektrischen Kristallelemente (5, 6) von einem elektrischen Impulssignal so angetrieben werden, daß sie an den Enden des beweglichen Schlitzelementes (4), kooperativ in die gleichen Richtung und um den gleichen Weg ausgelenkt werden.