DE3112882A1 - "verfahren und vorrichtung zum erzeugen eines dampfstroms" - Google Patents

"verfahren und vorrichtung zum erzeugen eines dampfstroms"

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Description

Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines DampfStroms.
Dampfströme werden derzeit bei einer Reihe industrieller Anwendungsfälle erzeugt und verwendet. Beispielsweise werden bei der Herstellung von Vorformlingen, aus denen dann optische Fasern gezogen verden, Dämpfe aus Materialien wie SiCl4, GeCl^., POCl3 und BBr_ erzeugt und einer Vorformlinganordnung zugeführt, wo sie zur Reaktion gebracht und auf der Wandung einer Unterlage niedergeschlagen werden.
Dampfströme werden auch bei Verbrennungsmotoren, beispielsweise für den Fahrzeugantrieb, erzeugt und verwendet. Hierbei wird ein Dampfstrom gewöhnlich entweder durch Vergasungs- oder Brennstoffeinspritzsysteme erzeugt.
Ein seit langem bestehendes Problem und eine üblicherweise den bekannten Verfahren zum Erzeugen von Dampfströmen zugeordnete Beschränkung liegen in der genauen und schnellen Steuerung des Massenströmungsdurchsatzes des innerhalb des Dampfstroms vorhandenen Dampfes. Es besteht daher ein Bedürfnis nach Mitteln
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zum Erzeugen von Dampfströmen mit vergrößerter Steuerungsgeschwindigkeit und Genauigkeit auf den verschiedensten Anwendungsgebieten. Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, ein solches "flinkes" System bereitzustellen.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe für ein Verfahren zum Erzeugen eines Dampfstromes mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und für eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Dampfstroms mit den kennzeichnenden Merkmalen des nebengeordneten Anspruches 5 gelöst.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Strahl elektrostatisch aufladbarer flüssiger Partikel erzeugt, der zum selektiven Zumessen einiger der flüssigen Partikel in einen Verdampfer, wo die Partikel verdampft werden, elektrostatisch gesteuert wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden alle selektiv zugemessenen Partikel in einen Trägergasstrom injiziert, wo die Partikel verdampft werden. Entsprechend einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Strom aus elektrostatisch aufladbaren Flüssigkeitströpfchen in einen Trägergasstrom eingeführt, es wird aber nur ausgewählten Tröpfchen-Mengen verstattet, in dem Strom lange genug, um verdampft zu werden, zu verbleiben.
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Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben, die schematisch eine Apparatur zum Erzeugen eines Dampf-Stroms darstellt.
Die dargestellte Apparatur enthält einen üblichen stoßfreien Tintenstrahlerzeuger, der allgemein mit 10 bezeichnet ist. Der Strahlerzeuger besitzt einen Ultraschalltropfenerzeuger 12, einen Aufladetunnel 14 und ein Ablenkplattenpaar 16, 16' wie jene, die von der A. B. Dick Company Elkgrove, Illinois unter den Teilenummern 339000-11, 339015 bzw. 331312 vertrieben werden. Hinsichtlich einer detaillierten Erläuterung des Strahlgenerators und dessen Wirkungsweise sei verwiesen auf den Artikel "Ink-Jet Printing" von Kuhn und Myers im Aprilheft 1979 der Zeitschrift Scientific American.
Der Ultraschalltropfenerzeuger, der Aufladetunnel und die Ablenkplatte 16 sind je mit einer Steuerelektronik verbunden, während die Ablenkplatte 16 elektrisch geerdet ist. Der Strahlgenerator liegt benachbart zu einer Leitung 18 mit einer seitlichen öffnung 20, die mit dem Strahlgenerator ausgerichtet ist. Ein Trichter 22 befindet sich hinter und etwas oberhalb von Leitung und öffnung. Ein Abflußrohr 24 verläuft vom Trichter 22 nach unten und zum Ultraschalltropfengenerator 12 über eine nicht dargestellte Pumpeinrichtung zurück. Der Strahlgenerator 10 btfindet sich innerhalb eines Gehäuses, das von
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der Leitung 18 durchsetzt ist.
Ein erster Anwendungsfall ist die Verwendung der Apparatur zum Erzeugen eines DampfStroms, wie dieser bei der Herstellung einer Vorform für optische Fasern benutzt wird. In diesem Fall wird der Ultraschalltropfengenerator 12, statt mit Tinte gefüllt zu sein,wenn er als Drucker benutzt würde, mit einer dielektrischen Flüssigkeit (d. h. einer solchen, die elektrostatisch aufgeladen werden kann), wie SiCl4, GeCl., POCl, oder BBr, gefüllt. Vorzugsweise hat die dielektrische Flüssigkeit eine Viskosität kleiner als 0,1 Pa s (100 cP) für wirksame Tröpfchenerzeugung. Im Falle eines Verbrennungsmotors würde statt dessen flüssiger Brennstoff, wie Benzin, Äthylalkohol oder Methylalkohol dem Ultraschalltropfengenerator zugeführt. Ein Trägergas, wie Sauerstoff, Helium oder Argon, das eine wesentlich niedrigere Verflüssigungstemperatur als die Siedetemperatur der dielektrischen Flüssigkeit hat, wird dann durch die Leitung 18 für den Aufbau der Vorform hindurchgeschickt. Im Verbrennungsmotor-Falle würde statt dessen Luft, die aus Sauerstoff und Stickstoff besteht, durch die Leitung hindurchgeschickt. Da der Strahlgenerator in einen toten Raum um die öffnung 12 eingeschlossen ist, wird sich der tote Raum ebenfalls mit dem Trägergas füllen. Sodann wird ein Tröpfen-Strahl oder eine Tröpfchenströmung vom Ultraschalltropfenerzeuger erzeugt und zur Öffnung 20 hin getrieben. Die Tropfchenstrahl-
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erzeugung erfolgt mit ausgewähltem, vorzugsweise konstantem Durchsatz mit Hilfe eines Steuersignals, das über die Leitung 26 zwischen der Steuerelektronik und dem Tropfengenerator übertragen wird. Mit Hilfe der Leitung 27 wird ein konstantes elektrostatisches Potential zwischen den Platten 16 und 16' erzeugt. Digitalsignale werden durch die Steuerelektronik erzeugt und dem Ladetunnel 14 über die Leitung 28 zugeführt. Während des Anstehens einer Spannung am Tunnel 4 werden die gerade durchlaufenden Flüssigkeitströpfchen aufgeladen. In den Intervallen zwischen den digitalen Spannungsimpulsen v/erden die den Tunnel passierenden Flüssigkeitströpfchen nicht geladen. Da nur einige der Tröpfchen gfiladen werden, werden auch nur einige Tröpfchen (beim dargestellten Ausführungsbeispiel nach oben) abgelenkt, wenn sie das elektrostatische Feld zwischen den Ablenkplatten 16 und 16' passieren. Bei dieser Anordnung werden nur die ungeladenen und unabgelenkten Teile des Strahls oder Tröpfchenzuges, dor vom Ultraschalltropfengenerator erzeugt wird, in die Leitung 18 über die üffnung 20 eingeführt, wo sie dann verdampfen. Die geladenen Teile des Strahls werden durch die Ablenkplatten 16 und 16' über die Leitung nach oben und in den Trichter 22 gelenkt. Diese Tröpfchen wandern dann unter dem Einfluß der Schwerkraft nach unten in die Leitung 24, um zum Tröpfchengenerator 12 zurückgepumpt zu werden.
Das Verhältnis von Dampf zu Trägerqas kann stromabwärts inner-
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-γ
halb der Leitung 18 überwacht werden, so daß Abweichungen von einem gewünschten Verhältnis durch die Steuerelektronik korrigiert werden können. Beispielsweise kann, wenn ein festgestelltes Dampf/Trägergas-Verhältnis, das zur Lieferung eines gewünschten Dampfmassenströmungsdurchsatzes zu einer optischen Faservorform-Aufbaustelle mit einem gegebenen Trägergasströmungsdurchsatz erforderlich ist, von diesem gewünschten Verhältnis abweicht, ein Korrektionssignal zur Steuerelektronik rückgekoppelt werden. Mit Hilfe üblicher Steuerschaltungen stellt dann die Steuerelektronik die dem Aufladetunnel zugeführten Digitalsignale ein, worauf ein größerer oder kleinerer Teil des Strahls in den Trägergasstrom injiziert wird. Im Verbrennungsmotor-Falle wurden solche Steuersignale gewöhnlich auf Drossel-Maschinenzyklusänderungen hin erzeugt werden. Ein typischer Strömungsdurchsatz für den Aufbau einer Vorform ist ein Liter Trägergas pro Minute, in das 400 Milligramm Tröpfchen pro Minute eingeführt werden und 400 Milligramm Tröpfchen pro Minute rezirkuliert werden. Im Verbrennungsmotor-Fall könnten etwa 145 g Brennstoff pro Minute in einen Luftstrom injiziert werden, der mit einem Durchsatz von etwa 2180 g pro Minute strömt.
Da der Totraum um die öffnung 20 mit Träqergas gefüllt ist, können zu Beginn ein Teil der Tröpfchen innerhalb des Totraums
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verdampfen. Wenn jedoch dieser Raum mehr und mehr gesättigt wird, wird das meiste des Strahls den Totraum passieren und in die Leitung eintreten und es wird nur wenig Verlust als Folge einer "Transit"-Verdampfung vorhanden sein. In jedem Fall werden stabile Systembedingungen rasch erreicht.
Zahlreiche Abwandlungen der beschriebenen Apparatur sind möglich. Beispielsweise kann, statt ein Signal zuzuführen, der Ladetunnel mit konstanter Gleichspannung beaufschlagt werden, um alle passierenden flüssigen Partikel aufzuladen. In diesem Fall wird dann ein Digital- oder Analogsignal der Platte 16 zugeführt, um eine Ablenkung ausgewählter Teile des vorbeigehenden Tröpfchenstrahls abzulenken. Ferner kann dann auch die öffnung 20 der Leitung 18 entweder in der Flugbahn der geladenen oder der ungeladenen Partikel oder innerhalb des Weges jener geladener Partikel angeordnet werden, die abgelenkt oder nicht abgelenkt worden sind. Daß die im Trichter 22 gesammelten Tröpfchen rezirkuliert v/erden, ist ebenfalls nicht immer notwendig .
Eine weitere Abwandlung ist die, den gesamten Strahlaenerator 10 in die Leitung 18 einzusetzen, um einen Tröpfchenstrom innerhalb der Trägergasströraung ausreichend lange bis zur Verdampfung aufrecht zu halten, während andere Tröpfchen des
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Strahls aus der Trägergasströmung durch eine seitliche Öffnung in der Leitung ausgestoßen werden, bevor sie ausreichend Zeit zur Verdampfung gefunden haben. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel verdampfen die Tröpfchen nach Eintritt in die öffnung 20, bevor sie an der gegenüberliegenden Wand der Leitung 18 auftreffen. Die Übergangszeit durch den Leitungsquerschnitt kann geändert werden durch Ändern des Innendurchmessers der Leitung, die Orientierung der Leitung relativ zur Flugbahn der in die Leitung eintretenden Tröpfchen oder durch Ändern der Geschwindigkeit des vom Tropfengenerfitor emittierten Strahls. Falls gewünscht, kann auch eine Gruppe von Strahlerzeugern benutzt werden, um Dampfmischungen in gesteuertem variablem Mischungsverhältnis zu erzeugen. Weiterhin braucht es auch nicht immer notwendig zu sein, daß die Tröpfchen in ein Trägergas injiziert werden. Beispielsweise können die Tröpfchen in einen Verdampfer mit einer heißen Platte eingeführt werden. Beim Auftreffen auf die Platte verdampfen die Tröpfchen und erzeugen einen ausreichenden Druck zur Erzeugung eines den Verdampfer verlassenden DampfStroms.
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Claims (6)

Patentansprüche
1./Verfahren zum Erzeugen eines Dampfstromes, g e k e η η zeich η et durch
- Herstellen (bei 12) eines Strahls elektrostatisch aufladbarer flüssiger Partikel,
- elektrostatisches Aufladen (bei 14) wenigstens einiqer der Partikel,
- Injizieren wenigstens einiger der Partikel in einen Partikclverdampfer (18) und
- elektrostatisches Steuern (28) des Anteils der Strahlpartikel, die in dem Verdampfer verdampft werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Verdampfer injizierte Partikelanteil elektrostatisch gesteuert wird und alle der solcherart injizierten Partikel verdampft werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Partikel des Strahls in den Verdampfer injiziert werden und daß ein elektrostatisch gesteuerter Anteil der Partikel aus dem Verdampfer vor Verdampfung ausgestoßen vrird.
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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß ein Trägergas durch den Verdampfer hindurchgeleitet wird.
5. Vorrichtung zum Erzeugen eines DampfStroms, gekennzeichnet durch
- einen Generator (12) zum Erzeugen eines Strahls elektrostatisch aufladbarer flüssiger Partikel,
- eine elektrostatische Ladungseinrichtung (14) zum Aufladen wenigstens einiger der Partikel,
- eine Verdampfereinrichtung (18) zum Verdampfen von Partikeln hierin und
- eine elektrostatische Ablenkeinrichtung (16) zum Steuern des Anteils der Partikel, die in dem Verdampfer verdampft werden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung dafür ausgelegt ist, den Anteil der Partikel, die in den Verdampfer zur Verdampfung hierin eintreten, zu steuern.
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