EP0011286A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Wasserstrahlpumpe - Google Patents
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- EP0011286A1 EP0011286A1 EP79104491A EP79104491A EP0011286A1 EP 0011286 A1 EP0011286 A1 EP 0011286A1 EP 79104491 A EP79104491 A EP 79104491A EP 79104491 A EP79104491 A EP 79104491A EP 0011286 A1 EP0011286 A1 EP 0011286A1
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
- F25B9/004—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being air
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
- F04F1/00—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped
- F04F1/06—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped the fluid medium acting on the surface of the liquid to be pumped
- F04F1/10—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped the fluid medium acting on the surface of the liquid to be pumped of multiple type, e.g. with two or more units in parallel
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- F04F5/00—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
- F04F5/02—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being liquid
- F04F5/04—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being liquid displacing elastic fluids
Definitions
- the invention relates to a method for operating a water jet pump, in which the water required for operating the pump is circulated.
- Water jet pumps are e.g. extensively used in laboratories, e.g. for drying substances or for evaporating solutions at low temperature, thereby avoiding thermal stress on the substances to be treated.
- Water jet pumps have the advantage that they are very simple, have practically no wear and are practically insensitive to corrosion if, as usual, they are made of glass or plastic.
- a coarse vacuum in the range between 100 mm of mercury and 15 mm of mercury can be easily created with water jet pumps, which is sufficient for many laboratory purposes.
- an electrically driven circulation pump is used, which pressurizes water that has run off from the water jet pump and supplies the process water connection to the water jet pump.
- the achievable pressure depends strongly on the temperature of the process water, since the pressure can never be lower than the vapor pressure of the process water, which is higher the higher the temperature of the process water.
- the process water now heats up relatively quickly, so that the suction power of the water jet pump is lower than when fresh water is continuously supplied. If you still want to reach low temperatures, the process water must be cooled with special cooling devices. In this case, there is considerable expenditure on equipment with extensive electrical installations.
- the invention has for its object to provide a method of the type mentioned so that electrical installations can be dispensed with and cooling of the process water is still achieved.
- a further development of the invention is also intended to create an advantageous device for carrying out the method.
- This object is achieved according to the invention in that the water is pressurized by means of compressed air at a substantially constant air pressure and in that compressed air which has been used to expel water by the water jet pump is expanded in a delimited relaxation space, heat being removed from the water being released from the air during and after its relaxation is recorded.
- compressed air is used according to the invention to pump the water around.
- compressed air connections are generally located at every work station, so that the installation of a special compressor is not necessary.
- the air does not relax during the expulsion of the water, so that the water jet pump always has a constant water pressure and thus a constant suction power.
- the compressed air When the compressed air has fulfilled its expulsion function, it is used according to the invention to cool the process water to be circulated. When the air relaxes, which is still under high pressure after being expelled, the air cools down considerably. This cooling is used to extract heat from the process water. It is therefore possible to maintain a low temperature of the circulating water without a special cooling unit and thus achieve a low pressure.
- the cooled process water can be led through cold traps in a secondary circuit and replace the fresh water that is otherwise required. Since both the pumping of the process water and the cooling of the process water take place with compressed air, no electrical installations are required. This is particularly advantageous for a laboratory, since electrical installations would have to be particularly protected against moisture.
- the removal of heat from the water can be brought about by washing the relaxation space with water according to claim 2, for example arranging it in a water filling of a comprehensive container.
- An especially good efficiency is achieved, however, if the Ans p RUE chen is brought 3 and 4 which are relaxing air immediately with the water to be cooled into contact according to what can be reached easily by the fact that is introduced into a flash vessel of water through a nozzle , which is then torn into droplets by the relaxing air.
- risers according to claim 11 and the compressed air supply according to claim 12 ensures water out drive, without the risk that driving compressed air also flows to the water jet pump.
- the arrangement could also be chosen differently. It is also not out of the question to let the driving compressed air escape under the water level.
- a reversing device enables automatic continuous operation of the device with the simplest means such that the water jet pump is continuously supplied with process water.
- control devices according to claim 19 are combined in a control plate which is also used to hold the vessels in the surrounding container.
- a water jet pump or several water jet pumps according to claim 2 0 on the wall of the container because this saves pipes for the return of the process water.
- the water jet pump can also be arranged elsewhere and the water returned via pipes, for example hoses.
- the changing filling and emptying of the expulsion vessels can also be controlled with a time-dependent control, by means of which a switchover from one expulsion vessel to the other takes place after a predetermined, preferably adjustable period of time, the period of time being selected such that the switchover takes place in any case, before the emptying expulsion vessel is completely empty.
- the device according to claims 21 and 22 can advantageously be used.
- the arrangement of the relaxation vessel above the water filling and the removal of the water and the relaxed air at the deepest point of the relaxation vessel ensures in a simple manner that water does not accumulate in the relaxation vessel.
- the main components of the device are a recirculation container 1, two expulsion vessels 2 and 3, an expansion vessel 4, a compressed air control slide 5 with an associated reversing device, generally designated 6, a reversing piston 7 for reversing the water supply and two water jet pumps 8 and 9.
- a recirculation container 1 two expulsion vessels 2 and 3
- an expansion vessel 4 a compressed air control slide 5 with an associated reversing device, generally designated 6,
- a reversing piston 7 for reversing the water supply and two water jet pumps 8 and 9.
- the surrounding container 1 as shown in FIG. 1, has a rectangular plan and a relatively large height in relation to the plan (see FIG. 2).
- the container can be made of plastic, for example.
- At the bottom of the box strips 1 0 , 11 and 12 are installed, on which the vessels 2, 3 and 4 are placed, so that these vessels have a certain distance from the bottom 13 of the container 1.
- a water drain opening 14 is arranged close to the bottom 13 and is closed by a plug 15.
- the expulsion vessels 2 and 3 have a cylindrical shape and are closed at the top with a ceiling 16 and at the bottom with a screwed-on bottom 17. Both vessels are of the same design and are explained using the example of vessel 2.
- valve flap 19 At the bottom 17 there is a large opening 18 which is closed with a valve flap 19.
- the valve flap is pivotable about a horizontal axis 20 and has a sealing covering 21.
- a float 23 is arranged, which is vertically movable in a cage 24.
- the cage 24 has holes 24a so that its interior communicates with the interior 25 of the expulsion cylinder.
- a valve plate 26 At the top of the float 23 there is a valve plate 26 which cooperates with a valve seat 27 which is located at the lower end of a control line 28 which is guided through the ceiling 16 into the interior 25 of the expulsion vessel.
- the expansion vessel 4 consists of a good heat-conducting material, for example made of stainless steel, and has ribs 28 on its outside. Baffles are arranged in the interior of the expansion vessel 4, for example transverse plates 29 and 30, which force air entering the expansion vessel 4 to detour, so that a sound dampening effect occurs.
- the vessels 2, 3 and 4 are held in the container by a control plate designated as a whole by 32.
- This control plate rests on the upper sides of the vessels 2, 3 and 4 and is secured against lifting upwards by means of holding elements 33 and 34.
- the aforementioned rotary valve 5 is mounted in the control plate.
- the control plate receives the reversing piston 7, as the section according to FIG. 4 shows.
- the rotary valve 5 has a cylindrical body in which there are two angular channels 35 and 36 at an axial distance from one another. At the level of the angular channel 35, three channels 37, 38 and 39 are arranged in the control plate 32.
- the channel 38 has a vertical section 38 a, which leads to a compressed air connection 40.
- the channel 37 leads from the bore 41, in which the rotary valve 5 is mounted, via a vertical section 37a into the expulsion vessel 2.
- the channel 39 is symmetrical with the channel 37 and leads into the expulsion vessel 3.
- the compressed air connection 40 communicates with the expulsion vessel 3. After the rotary valve 5 has been rotated clockwise by 90 °, the expulsion vessel 2 is connected to the compressed air connection 40.
- valve balls 46 which consist of a material which is specifically lighter than water and which are each guided in a cage 47 which has cross bores 47a.
- Rising lines 48 and 49 are arranged in the expulsion vessels 2 and 3 (see FIG. 4). These risers extend to the floors 17 and have bevels 48a at their ends.
- the risers 48 and 49 pass through the top surfaces of the expulsion vessels and communicate with angular channels 50 and 51 in the control plate 32.
- the angular channels open axially into a cylinder 52 in which the piston 7 is movable.
- valve seats 53 and 54 At the ends of the cylinder 52 there are valve seats 53 and 54, with which the piston 7, which also acts as a valve disk, can come to rest with sealing edges 7a, 7b.
- a bore 55 opens radially, which (see FIG. 1) is guided to the edge of the control plate 32.
- a pipe 56 is connected to the bore 55 and branches at its end into two pipes 57 and 58, in which taps 59 and 60 are located.
- the lines 57, 58 leading to the water jet pumps 8 and 9, at which S augan Why 8a and 9a are located, are connected to the to be evacuated vessels, eg via flexible hoses.
- Two cylinders 61 and 62 are placed on the control plate 32, into which the already mentioned compressed air lines 28 open at the ends of the cylinder bores 61a and 62a. Between the two cylinders 61 and 62 extends a rod 63, the ends of which are designed as pistons 64 and 65, which are fitted into the cylinders 61a and 62a. In the middle of the rod there is a recess 66 into which (see FIG. 1) an arm 67 engages, which is firmly connected to the rotary valve 5 and projects radially from the arm.
- the device works as follows.
- water When commissioning, water is first filled into the surrounding container up to the level mark 68.
- the connecting piece 40 for the compressed air supply is connected to a compressed air line, a tap located in front of this connection, not shown in the drawing, initially remaining closed. Vessels to be evacuated are connected to the water jet pumps 8 and 9 at the connections 8a and 9a. If at least one of the taps 59 and 60 is open, the device begins to work when the compressed air valve before the connection 40 is opened.
- valve position is such that the compressed air gets into the expulsion vessel 2.
- the compressed air presses on the liquid level and conveys the water upwards via the riser pipe 48 (see FIG. 4).
- the water pressure presses the piston 7 against the valve seat 54 located on the right and thus closes the riser pipe 49 of the other expulsion vessel.
- the water flows through the bore 55 to the water jet pumps 8 and 9. The water released by the water jet pumps falls directly back into the container 1.
- the cylinder 62 When the water level in the expulsion vessel 3 has dropped so far that the float 23 located there sinks, the cylinder 62 is pressurized and the rod 63 is pushed to the left, after which the situation described at the beginning again exists. So while water is expelled from one expulsion vessel with the aid of compressed air, the other expulsion vessel fills via its bottom flap under the effect of the static pressure which prevails in the surrounding container 1.
- the inflow openings 18 are large in order to ensure that the emptied container is completely filled at the relatively low static pressure before the pressurized container is emptied.
- the relaxation vessel designated as a whole by 70, is arranged horizontally above the water level.
- the expansion vessel is a cylindrical container that can be made of metal. Perforated sheets 71 are arranged in the vessel 70, some of which are shown in FIG. 9.
- a water line 72 is connected, which branches off from the pressure line 56 leading to the water jet pumps.
- the feed line 72 opens into the vessel 70 by means of a nozzle 73.
- the jet direction of the nozzle 73 is directed at right angles to the longitudinal direction of the vessel 70 and downwards.
- the air emerging from the expulsion vessels 2, 3 is introduced into the vessel 70 via a line 74.
- the line 74 has an outlet opening 74a, the axis of which runs parallel to the longitudinal direction of the vessel 70 and is arranged below the water inlet nozzle 73, but somewhat offset to the right from the latter.
- the device according to FIGS. 8 and 9 works largely the same as the device according to FIGS. 1 to 7.
- the only difference is that water is introduced into the expansion vessel 70.
- the water is finely divided when injected under pressure by tearing the jet and hitting the baffles 71.
- a further division and distribution in the entire expansion vessel is brought about by the air blasts emerging from the air line mouth 74a.
- the water is distributed over the perforated sheets 71, which are accordingly generally covered with a film of water.
- the water is expelled from the vessel 70 together with the air via an exhaust pipe 75.
- the mouth 75a of the exhaust pipe 75 opens into the surroundings above the water level 76 and is directed downward.
- the water level in this embodiment is therefore somewhat lower than in the embodiment according to FIGS. 1 to 7.
- a horizontal part 75b of the exhaust pipe 75 cuts the wall of the vessel 7 at its lowest point. This ensures that no water can collect in the vessel 70.
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Wasserstrahlpumpe, bei dem das für den Betrieb der Pumpe benötigte Wasser im Kreislauf umgepumpt wird.
- Wasserstrahlpumpen werden z.B. in Labors umfangreich verwendet, z.B. zum Trocknen von Substanzen oder zum Eindampfen von Lösungen bei niedriger Temperatur, wodurch eine thermische Belastung der zu behandelnden Substanzen vermieden wird. Wasserstrahlpumpen haben den Vorteil, daß sie sehr einfach gebaut sind, praktisch keinen Verschleiß haben und praktisch unempfindlich gegen Korrosion sind, wenn sie, wie üblich, aus Glas oder aus Kunststoff hergestellt sind. Mit Wasserstrahlpumpen läßt sich ohne Schwierigkeiten ein Grobvakuum im Bereich zwischen 100 mm Quecksilbersäule und 15 mm Quecksilbersäule herstellen, was für viele Laborzwecke ausreichend ist.
- Nachteilig im Vergleich mit mechanischen Pumpen, z.B. Drehschieberpumpen, sind die relativ hohen Betriebskosten, da der Wasserverbrauch erheblich ist; ein üblicher Verbrauchswert ist z.B. 0,8 m3/h, so daß bei zehnstündigem Betrieb _ immerhin 8 m3 Wasser verbraucht werden. Abgesehen von den Kosten ist ein so hoher Wasserverbrauch auch mit Rücksicht auf die Umweltressourcen unerwünscht. Um den hohen Wasserverbrauch zu vermeiden, hat man bereits das eingangs genannte Verfahren angewendet, gemäß dem das Wasser im Kreislauf umgepumpt wird. Hierzu wird eine elektrisch angetriebene Umwälzpumpe verwendet, die aus der Wasserstrahlpumpe abgelaufenes Wasser wieder unter Druck setzt und dem Betriebswasseranschluß der Wasserstrahlpumpe zuführt.
- Der erreichbare Druck hängt stark von der Temperatur des Bet-riebswassers ab, da der Druck niemals niedriger sein kann als der Dampfdruck des Betriebswassers, der umso höher liegt, je höher die Temperatur des Betriebswassers ist. In einer Umwälzanlage nun erwärmt sich das Betriebswasser verhältnismäßig schnell, so daß die Saugleistung der Wasserstrahlpumpe niedriger ist als bei laufender Zuführung von Frischwasser. Will man dennoch niedrige Temperaturen erreichen, so muß das Betriebswasser mit besonderen Kühleinrichtungen gekühlt werden. In diesem Fall ergibt sich ein erheblicher apparativer Aufwand mit umfangreichen elektrischen Installationen.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auf elektrische Installationen verzichtet werden kann und dennoch eine Kühlung des Betriebswassers erreicht wird. Durch eine Weiterbildung der Erfindung soll auch eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden.
- Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Wasser mittels Druckluft bei im wesentlichen konstantem Luftdruck unter Druck gesetzt wird und daß Druckluft, die zum Austreiben von Wasser durch die Wasserstrahlpumpe benutzt wurde, in einem abgegrenzten Entspannungsraum entspannt wird, wobei dem Wasser Wärme entzogen wird, die von der Luft bei und nach ihrer Entspannung aufgenommen wird.
- Anstelle einer Umwälzpumpe wird erfindungsgemäß Druckluft zum Umpumpen des Wassers benutzt. Druckluftanschlüsse befinden sich in modernen Labors im allgemeinen an jedem Arbeitsplatz, so daß die Aufstellung eines besonderen Kompressors nicht erforderlich ist. Erfindungsgemäß entspannt sich die Luft während des Austreibens des Wassers nicht, so daß an der Wasserstrahlpumpe stets ein gleichbleibender Wasserdruck und damit eine gleichbleibende Saugleistung besteht. Wenn die Druckluft ihre Austreibfunktion erfüllt hat, wird sie erfindungsgemäß benutzt, um das umzuwälzende Betriebswasser zu kühlen. Bei der Entspannung der Luft, die ja nach dem Austreiben noch unter hohem Druck steht, kühlt sich die Luft stark ab. Diese Abkühlung wird benutzt, um dem Betriebswasser Wärme zu entziehen. Man kann deshalb ohne spezielles Kühlaggregat eine niedrige Temperatur des Umwälzwassers aufrechterhalten und damit einen niedrigen Druck erzielen. Außerdem kann das gekühlte Betriebswasser in einem Nebenkreislauf durch Kühlfallen geführt werden und dort das sonst benötigte Frischwasser ersetzen. Da sowohl das Umpumpen des Betriebswassers als auch die Abkühlung des Betriebswassers mit Druckluft erfolgen, sind keinerlei elektrische Installationen erforderlich. Dies ist für ein Labor besonders vorteilhaft, da elektrische Installationen besonders vor Feuchtigkeit geschützt werden müßten.
- Vorstehend und im folgenden wird von Wasserstrahlpumpen und Druckluft als antreibendem Gas gesprochen. Die Erfindung erstreckt sich selbstverständlich auch auf Verfahren, bei denen andere Flüssigkeiten als Wasser für den Betrieb der Pumpe benutzt werden und bei denen andere Gase als Luft für den Antrieb der Flüssigkeit eingesetzt werden. Andere Flüssigkeiten und Gase können bei speziellen Aufgabestellungen erforderlich sein.
- Der Wärmeentzug aus dem Wasser kann sowohl dadurch bewirkt werden, daß man gemäß Anspruch 2 den Entspannungsraum mit Wasser umspült, also z.B. in einer Wasserfüllung eines umfassenden Behälters anordnet. Einen besonders guten Wirkungsgrad erzielt man jedoch, wenn gemäß den Ansprü- chen 3 und 4 die sich entspannende Luft unmittelbar mit dem zu kühlenden Wasser in Berührung gebracht wird, was man leicht dadurch erreicht, daß in ein Entspannungsgefäß Wasser durch eine Düse eingeführt wird, das dann auch durch die sich entspannende Luft in Tröpfchen zerrissen wird.
- Bei der Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 5 erhält man einen kontinuierlichen Betrieb an der Wasserstrahlpumpe, da an einen Austreibungsvorgang unmittelbar ein weiterer Austreibungsvorgang anschließen kann und nicht zunächst eine Füllung des Austreibungsraumes mit Wasser abgewartet werden muß.
- Im Patentanspruch 6 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5 mit den für die Vorrichtung notwendigen Bestandteilen angegeben, während die weiteren Ansprüche 7 bis 20 spezielle Ausführungsformen und Weiterbildungen der Vorrichtung nach Anspruch 6 angeben. Zu diesen Unteransprüchen wird folgendes bemerkt:
- Die Anordnung der Austreibungsgefäße und des Entspannungsgefäßes in einem Umbehälter gemäß Anspruch 7 hat den Vorteil, daß kaum Rohrleitungen benötigt werden, da die Austreibungsgefäße unmittelbar von dem Umbehälter aus gefüllt werden können. Bei Verwendung von Rückschlagventilen, insbesondere von Ventilklappen gemäß Anspruch 8 bewirkt der statische Druck im Umbehälter eine Füllung der Austreibungsgefäße, wodurch besondere Antriebsmittel für das Füllen der Austreibungsgefäße eingespart werden. Ein besonders einfaches Mittel für den abwechselnden Anschluß der Austreibungsgefäße an die Wasserstrahlpumpe ist in den Ansprüchen 9 und 10angegeben. Wenn eines der Austreibungsgefäße drucklos geworden ist, wird der im Anspruch 10 genannte Kolben rasch vom Druck im anderen Gefäß so bewegt, daß das entleerte Gefäß abgeschlossen wird und nun das unter Druck stehende Gefäß an die Wasserstrahlpumpe angeschlossen ist.
- Der Einfachheit wegen wird nur von einer Wasserstrahlpumpe gesprochen, obwohl selbstverständlich mehrere Wasserstrahlpumpen an die Vorrichtung angeschlossen werden können. Gün-. stige Größenverhältnisse für die Vorrichtung erreicht man, wenn sie für den Betrieb von zwei bis vier Wasserstrahlpumpen ausgelegt wird.
- Die Anordnung von Steigrohren gemäß Anspruch 11 und der Druckluftzuführung gemäß Anspruch 12 gewährleistet eine Wasseraustreibung, ohne daß die Gefahr besteht, daß antreibende Druckluft ebenfalls zu der Wasserstrahlpumpe fließt. Man könnte jedoch die Anordnung auch anders wählen. Es ist auch nicht ausgeschlossen, die antreibende Druckluft unter dem Wasserspiegel austreten zu lassen.
- Eine Umsteuereinrichtung gemäß den Ansprüchen 13 und 14 ermöglicht mit einfachsten Mitteln einen automatischen kontinuierlichen Betrieb der Vorrichtung derart, daß die Wasserstrahlpumpe ununterbrochen mit Betriebswasser versorgt wird.
- Die Steuerung der Druckluft mittels Drehschiebern läßt sich einfach ausführen. Es kommen jedoch auch andere Ventile in Betracht. Besonders einfach wird die Konstruktion, wenn gemäß Anspruch 16 ein einziger Drehschieber sowohl die Zuführung der Druckluft zu den Austreibungsgefäßen als auch die Überleitung der Luft aus den Austreibungsgefäßen in das Entspannungsgefäß steuert. Für den Antrieb des Drehschiebers kann gemäß den Ansprüchen 17 und 18 der bereits erwähnte und im Anspruch 13 genannte Umsteuerkolben verwendet werden.
- Eine besonders vorteilhafte Bauart erhält man, wenn man die Steuereinrichtungen gemäß Anspruch 19 in einer Steuerplatte zusammenfaßt, die zugleich zum Festhalten der Gefäße im Umbehälter ausgenutzt wird.
- Vorteilhaft ist es auch, eine Wasserstrahlpumpe oder mehrere Wasserstrahlpumpen gemäß Anspruch 20 an der Wand des Umbehälters anzuordnen, weil dadurch Leitungen für die Rückführung des Betriebswassers eingespart werden. Man kann jedoch die Wasserstrahlpumpe auch an anderer Stelle anordnen und das Wasser über Leitungen, z.B. Schläuche, zurückführen.
- Die wechselnde Füllung und Entleerung der Austreibungsgefäße kann auch mit einer zeitabhängigen Steuerung gesteuert werden, durch die nach einer vorgegebenen, vorzugsweise einstellbaren Zeitspanne eine Umschaltung von einem Austreibungsgefäß auf das andere stattfindet, wobei die Zeitspanne so gewählt wird, daß die Umschaltung auf jeden Fall stattfindet, bevor das sich entleerende Austreibungsgefäß vollständig leer ist.
- Wenn man gemäß dem Verfahren nach Anspruch 4 die sich entspannende Luft unmittelbar mit Wasser in Berührung bringt, kann man vorteilhafterweise die Vorrichtung nach den Ansprüchen 21 und 22 anwenden. Die Anordnung des Entspannungsgefäßes oberhalb der Wasserfüllung und die Abführung des Wassers und der entspannten Luft an der tiefsten Stelle des Entspannungsgefäßes gewährleistet auf einfache Weise die Vermeidung einer Ansammlung von Wasser im Entspannungsgefäß.
- Wenn man das Wasser gemäß Anspruch 23 rechtwinklig zu der sich entspannenden Druckluft einführt, erreicht man eine besonders intensive und damit wirkungsvolle Berührung zwischen der sich abkühlenden Luft und dem Wasser. Der Luftstrom zerreißt dabei das Wasser zu kleinen Tröpfchen. Eine Zerstäubung des Wassers wird auch schon beim Einspritzen in das Entspannungsgefäß bewirkt, wobei auch der Anprall an feste Flächen das Zerreißen unterstützt. Die Kühlwirkung im Entspannungsgefäß läßt sich wesentlich verbessern, wenn man gemäß Anspruch 24 Schikanen einbaut. Außerdem erreicht man mit solchen Schikanen eine Schalldämpfung.
- In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
- Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
- Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1, wobei auch ein Steuerschieber für Druckluft geschnitten ist,
- Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III in Fig. 1, wobei vom Schnitt auch die Umsteuereinrichtung für die Umsteuerung der Druckluftführung geschnitten ist,
- Fig. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV in Fig. 1, wobei vom Schnitt auch die Umsteuereinrichtung für die Wasserführung erfaßt ist,
- Fig. 5 einen horizontalen Schnitt nach Linie V-V in Fig. 2, wobei Luftkanäle für die Zuführung von Druckluft zu Austreibungsgefäßen vom Schnitt erfaßt sind,
- Fig. 6 einen Schnitt nach Linie VI-VI in Fig. 2, wobei vom Schnitt Kanäle für die Zuführung von Druckluft aus den Austreibungsgefäßen zum Entspannungsgefäß v-om Schnitt erfaßt sind ,
- Fig. 7 einen Schnitt nach Linie VII-VII in Fig. 2,
- Fig. 8 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung bei einer Ausführungsform, bei der das Entspannungsgefäß oberhalb der Wasserfüllung angeordnet ist und
- Fig. 9 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung der Ausführungsform nach Fig. 8.
- Die Hauptbestandteil der Vorrichtung sind ein Umbehälter 1, zwei Austreibungsgefäße 2 und 3, ein Entspannungsgefäß 4, ein Druckluft-Steuerschieber 5 mit zugeordneter, insgesamt mit 6 bezeichneter Umsteuerungseinrichtung, ein Umsteuerkolben 7 zur Umsteuerung der Wasserführung und zwei Wasserstrahlpumpen 8 und 9. Diese Hauptbestandteile,sowie weitere Bestandteile und das Zusammenwirken der Vorrichtungsbestandteile werden nachfolgend im einzelnen erläutert.
- Der Umbehälter 1 hat, wie Fig. 1 zeigt, einen rechteckigen Grundriß und eine im Verhältnis zum Grundriß relativ große Höhe (siehe Fig. 2). Der Umbehälter kann z.B. aus Kunststoff bestehen. Am Kastenboden sind Leisten 10, 11 und 12 eingebaut, auf die die Gefäße 2, 3 und 4 aufgesetzt sind, so daß diese Gefäße einen gewissen Abstand vom Boden 13 des Behälters 1 haben. Wie Fig. 3 zeigt, ist nahe am Boden 13 eine Wasserablaßöffnung 14 angeordnet, die mittels eines Stopfens 15 verschlossen ist.
- Die Austreibungsgefäße 2 und 3 haben eine zylindrische Form und sind oben mit einer Decke 16 und unten mit einem aufgeschraubten Boden 17 abgeschlossen. Beide Gefäße sind gleich ausgebildet und werden am Beispiel des Gefäßes 2 erläutert.
- Am Boden 17 befindet sich eine große Öffnung 18, die mit einer Ventilklappe 19 abgeschlossen ist. Die Ventilklappe ist um eine horizontale Achse 20 schwenkbar und hat einen Dichtungsbelag 21. Als Dichtungssitz für die Ventilklappe dient ein schmaler Rand 22, der die öffnung 18 umgibt.
- In jedem der Gefäße 2 und 3 ist ein Schwimmer 23 angeordnet, der in einem Käfig 24 vertikal beweglich ist. Der Käfig 24 hat Löcher 24a, so daß sein Inneres mit dem Innenraum 25 des Austreibungszylinders kommuniziert. An der Oberseite des Schwimmers 23 befindet sich ein Ventilteller 26, der mit einem Ventilsitz 27 zusammenwirkt, der sich am unteren Ende einer Steuerleitung 28 befindet, die durch die Decke 16 in den Innenraum 25 des Austreibungsgefäßes geführt ist.
- Das Entspannungsgefäß 4 besteht aus einem gut wärmeleitenden Material, z.B. aus rostfreiem Stahl und trägt an seiner Außenseite Rippen 28. Im Inneren des Entspannungsgefäßes 4 sind Schikanen angeordnet, z.B. Querbleche 29 und 30, die in das Entspannungsgefäß 4 eintretende Luft zu Umwegen zwingen, so daß ein Schalldämpfungseffekt eintritt.
- An der Decke des Entspannungsgefäßes 4 befindet sich ein nach oben ragendes Auspuffrohr 31. Die zu entspannende Luft wird durch die eingebauten Schikanen gezwungen, das Entspannungsgefäß zunächst nach unten und anschließend nach oben zu durchströmen.
- Die Gefäße 2, 3 und 4 sind durch eine insgesamt mit 32 bezeichnete Steuerplatte im Behälter festgehalten. Diese Steuerplatte liegt auf den Oberseiten der Gefäße 2, 3 und 4 auf und ist mittels Halteelementen 33 und 34 gegen Abheben nach oben gesichert. In dieser Steuerplatte befinden sich verschiedene Bohrungen. Außerdem ist der bereits erwähnte Drehschieber 5 in der Steuerplatte gelagert. Ferner nimmt die Steuerplatte den Umsteuerkolben 7 auf, wie der Schnitt nach Fig. 4 zeigt.
- Der Drehschieber 5 hat einen zylindrischen Körper, in dem sich in axialem Abstand voneinander zwei winkelförmige Kanäle 35 und 36 befinden. Auf der Höhe des winkelförmigen Kanales 35 sind in der Steuerplatte 32 drei Kanäle 37, 38 und 39 angeordnet. Der Kanal 38 hat einen vertikalen Abschnitt 38a, der zu einem Druckluftanschluß 40 führt. Der Kanal 37 führt von der Bohrung 41, in der der Drehschieber 5 gelagert ist, über einen vertikalen Abschnitt 37a in das Austreibungsgefäß 2. Der Kanal 39 liegt zum Kanal 37 symmetrisch und führt in das Austreibungsgefäß 3.
- Bei der Stellung nach Fig. 5 kommuniziert der Druckluftanschluß 40 mit dem Austreibungsgefäß 3. Nach einer Drehung des Drehschiebers 5 im Uhrzeigersinn um 90° ist das Austreibungsgefäß 2 mit dem Druckluftanschluß 40 verbunden.
- In der Ebene der winkelförmigen Bohrung 36 befinden sich in der Steuerplatte drei Kanäle 42, 43 und 44. Bei der in Fig. 6 gezeichneten Stellung ist das Austreibungsgefäß 2 über einen vertikalen Abschnitt 42a der Bohrung a, die Bohrung 42, die winkelförmige Bohrung 36 im Drehschieber 5 und die Bohrung 44, die ebenfalls einen vertikalen Abschnitt 44a hat, mit dem Entspannungsgefäß 4 verbunden. Nach einer Drehung des Drehschiebers um 90° wird das Austreibungsgefäß 2 voh1 Entspannungsgefäß 4 abgekuppelt und dafür das Austreibungsgefäß 3 an das Entspannungsgefäß 4 angekuppelt.
- Wie man aus Fig. 2 ersehen kann, liegen die Bohrungen 37, 39, 42 und 43 in der gleichen vertikalen Ebene, so daß auch die erwähnten vertikalen Kanalabschnitte in einer Flucht liegen. Diese vertikalen Kanalabschnitte sind auf Bohrungen 45 in den Endflächen 16 der Austreibungsgefäße ausgerichtet. Unterhalb dieser Bohrungen befinden sich Ventilkugeln 46, die aus einem Material bestehen, das spezifisch leichter ist als Wasser und die jeweils in einem Käfig 47 geführt sind, der Querbohrungen 47a aufweist.
- In den Austreibungsgefäßen 2 und 3 sind Steigleitungen 48 und 49 angeordnet (siehe Fig. 4). Diese Steigleitungen reichen bis zu den Böden 17 und haben an ihren Enden Abschrägungen 48a. Die Steigleitungen 48 und 49 durchgreifen die Deckflächen der Austreibungsgefäße und kommunizieren mit winkelförmigen Kanälen 50 und 51 in der Steuerplatte 32. Die winkelförmigen Kanäle münden axial in einen Zylinder 52 ein, in dem der Kolben 7 beweglich ist. An den Enden des Zylinders 52 befinden sich Ventilsitze 53 und 54, mit denen der zugleich als Ventilteller wirkende Kolben 7 mit Dichtungsrändern 7a, 7b zur Auflage kommen kann. In der Längsmitte des Zylinders 52 mündet eine Bohrung 55 radial ein, die (siehe Fig. 1) bis zum Rand der Steuerplatte 32 geführt ist. An die Bohrung 55 ist eine Rohrleitung 56 angeschlossen, die sich an ihrem Ende in zwei Rohrleitungen 57 und 58 verzweigt, in denen sich Hähne 59 und 60 befinden. Die Leitungen 57, 58 führen zu den Wasserstrahlpumpen 8 und 9, an denen sich Sauganschlüsse 8a und 9a befinden, an die zu evakuierende Gefäße angeschlossen werden, z.B. über flexible Schläuche.
- Auf die Steuerplatte 32 sind zwei Zylinder 61 und 62 aufgesetzt, in die die bereits erwähnten Druckluftleitungen 28 an den Enden der Zylinderbohrungen 61a und 62a einmünden. Zwischen den beiden Zylindern 61 und 62 erstreckt sich ein Stab 63, dessen Enden als Kolben 64 und 65 ausgebildet sind, die in die Zylinder 61a und 62a eingepaßt sind. In der Mitte des Stabes befindet sich eine Ausnehmung 66, in die (siehe Fig. 1) ein Arm 67 eingreift, der fest mit dem Drehschieber 5 verbunden ist und radial von dem Arm abragt.
- Die Vorrichtung arbeitet wie folgt.
- Bei Inbetriebnahme wird zunächst in den Umbehälter Wasser bis zu der Niveaumarke 68 eingefüllt. Der Anschlußstutzen 40 für die Druckluftzuführung wird an eine Druckluftleitung angeschlossen, wobei ein vor diesem Anschluß befindlicher, in der Zeichnung nicht dargestellter Hahn, zunächst noch geschlossen bleiben. An die Wasserstrahlpumpen 8 und 9 werden an die Anschlüsse 8a und 9a zu evakuierende Gefäße angeschlossen. Wenn mindestens einer der Hähne 59 und 60 geöffnet ist, beginnt das Gerät zu arbeiten, wenn der Drucklufthahn vor dem Anschluß 40 geöffnet wird.
- Beim Einfüllen von Wasser in den Umbehälter werden auch die Austreibungsgefäße 2 und 3 mit Wasser gefüllt, wobei die Ventilklappen 19 unter der Wirkung des statischen Druckes des Wassers geöffnet werden. Wenn die Verbindung zum Entspannungsgefäß 4 hin geöffnet ist, was bei der gezeichneten Ventilstellung (Fig. 6) für den Behälter 2 gilt, kann die dort enthaltene Luft entweichen und das Gefäß kann sich vollständig füllen. Ein Eindringen von Wasser in die Luftkanäle wird durch die Ventile 46 verhindert, die durch ihren Auftrieb im Wasser angehoben und gegen die Öffnung in der Zylinderdecke 16 gedrückt werden.
- Das andere Gefäß, aus dem der Luftabfluß nicht möglich ist, wird sich nicht vollständig füllen können, da ja in diesem Gefäß ein Luftpolster verbleibt.
- Es sei angenommen, daß (im Gegensatz zu der Darstellung nach Fig. 5) die Ventilstellung so sei, daß die Druckluft in das Austreibungsgefäß 2 gelangt. Die Druckluft drückt auf den Flüssigkeitsspiegel und fördert das Wasser über das Steigrohr 48 (siehe Fig. 4) nach oben. Der Wasserdruck drückt den Kolben 7 gegen den rechts befindlichen Ventilsitz 54 und schließt so das Steigrohr 49 des anderen Austreibungsgefäßes ab. Das Wasser strömt über die Bohrung 55 zu den Wasserstrahlpumpen 8 und 9. Das von den Wasserstrahlpumpen abgegebene Wasser fällt direkt wieder in den Umbehälter 1.
- Wenn nun der Wasserspiegel im Austreibungsgefäß 2 so weit abgesunken ist, daß der Schwimmer 23 (siehe Fig. 3) absinken kann, wird das untere Ende der Steuerleitung 28 freigegeben und die Druckluft, die z.B. unter einem überdruck von 2 Atmosphären steht, kann zum Zylinder 61 strömen, wodurch der Stab 63 nach rechts gedrückt wird. Dadurch wird der Drehschieber 5 um 90° gedreht, wonach die in den Fig. 5 und 6 gezeigten Verbindungen bestehen. Bei dieser Stellung wird die Druckluft, die über den Anschlußstutzen 40 zuströmt, in das Austreibungsgefäß 3 geleitet und drückt nun dort auf den Wasserspiegel. Das Wasser wird im Steigrohr 49 nach oben gefördert und treibt zunächst den Umsteuerkolben nach links, wobei sich der Dichtungsrand 7a auf den Sitz 53 aufsetzt und dadurch das Steigrohr 48 abschließt. In dieser Stellung wird Wasser aus dem Austreibungsgefäß 3 über die Bohrung 55 zu den Wasserstrahlpumpen gefördert.
- Gleichzeitig besteht, wie Fig. 6 zeigt, nun eine Verbindung zwischen dem Austreibungsgefäß 2 und dem Entspannungsgefäß 4 über die Kanäle 42, 36 und 44. Die Druckluft, die ja im Augenblick des Umschaltens noch unter ihrem vollen Druck von 2 atü steht (während des Austreibens findet eine Entspannung von Druckluft nicht statt), entspannt sich nun im Entspannungsgefäß 4, wobei eine starke Abkühlung der Luft eintritt. Gleichzeitig werden Luftgeräusche durch die Schalldämpferwirkung des Entspannungsgefäßes 4 herabgesetzt. Die kalte Luft nimmt aus dem Wasser, das das Gefäß 4 vollständig umspült, Wärme auf, wodurch das Wasser auf einer niedrigen Temperatur gehalten wird. Die entspannte Luft wird über das Rohr 31 abgeführt.
- Wenn im Austreibungsgefäß 3 der Wasserspiegel so weit abgesunken ist, daß der dort befindliche Schwimmer 23 absinkt, wird der Zylinder 62 unter Druck gesetzt und der Stab 63 nach links gedrückt, wonach wieder die eingangs beschriebene Situation besteht. Während also aus einem Austreibungsgefäß Wasser mit Hilfe von Druckluft ausgetrieben wird, füllt sich das andere Austreibungsgefäß über seine Bodenklappe unter der Wirkung des statischen Druckes, der im Umbehälter 1 herrscht. Die Zuströmungsöffnungen 18 sind groß gewählt, um bei dem relativ geringen statischen Druck eine vollständige Füllung des entleerten Behälters zu gewährleisten, bevor der unter Druck stehende Behälter entleert ist.
- Für kurze Betriebsunterbrechungen genügt es, die Hähne 57 und 58 zu schließen. Bei längerer Betriebspause ist es zweckmäßig, auch die Druckluftzufuhr abzuschließen.
- Zur Entleerung des Gerätes löst man die Wasserablaßschraube 15' bei laufendem Betrieb. Die Zylinder pumpen sich dann selbsttätig leer. Ein kontinuierlicher Wasserwechsel ist nicht erforderlich, da ja das Wasser ständig gekühlt wird. Wegen unvermeidlicher Verunreinigungen ist es zweckmäßig, die Wasserfüllung, die z.B. etwa 25 1 betragen kann, einmal täglich zu wechseln.
- Bei der Ausführungsform nach den Fig. 8 und 9 ist das hier insgesamt mit 70 bezeichnete Entspannungsgefäß oberhalb des Wasserspiegels horizontal angeordnet. Das Entspannungsgefäß ist ein zylindrischer Behälter, der aus Metall bestehen kann. In dem Gefäß 70 sind gelochte Bleche 71 angeordnet, von denen in Fig. 9 einige dargestellt sind.
- An dem in der Zeichnung rechts liegenden Ende des Behälters ist eine Wasserleitung 72 angeschlossen, die von der zu den Wasserstrahlpumpen führenden Druckleitung 56 abzweigt. Die Zuleitung 72 mündet mittels einer Düse 73 in das Gefäß 70. Die Strahlrichtung der Düse 73 ist rechtwinklig zur Längsrichtung des Gefäßes 70 und nach unten gerichtet.
- Die aus den Austreibungsgefäßen 2, 3 austretende Luft wird über eine Leitung 74 in das Gefäß 70 eingeführt. Die Leitung 74 hat eine Austrittsöffnung 74a, deren Achse parallel zur Längsrichtung des Gefäßes 70 verläuft und unterhalb der Wasserzuflußdüse 73,jedoch seitlich nach rechts etwas versetzt von dieser angeordnet ist.
- Das Gerät nach den Fig. 8 und 9 arbeitet weitgehend gleich wie das Gerät nach den Fig. 1 bis 7. Unterschiedlich ist nur, daß in das Entspannungsgefäß 70 Wasser eingeführt wird. Das Wasser wird beim Einspritzen unter Druck durch die Zerreißung des Strahles und durch das Aufprallen auf die Schikanen 71 fein zerteilt. Eine weitere Zerteilung und Verteilung im gesamten Entspannungsgefäß wird durch die aus der Luftleitungsmündung 74a austretenden Luftstöße bewirkt. Das Wasser verteilt sich auf den gelochten Blechen 71, die demgemäß im allgemeinen von einem Wasserfilm überzogen sind. Das Wasser wird zusammen mit der Luft über eine Auspuffleitung 75 aus dem Gefäß 70 ausgestoßen. Die Mündung 75a der Auspuffleitung 75 mündet noch oberhalb des Wasserspiegels 76 in die Umgebung und ist nach unten gerichtet. Der Wasserspiegel liegt also bei dieser Ausführungsform etwas tiefer als bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 7. Ein horizontaler Teil 75b der Auspuffleitung 75 schneidet die Wand des Gefäßes 7 an deren tiefster Stelle. Dadurch ist die Gewähr gegeben, daß sich in dem Gefäß 70 kein Wasser ansammeln kann.
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