Rotations-Druekaustauseher für gasförmige Medien. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Rotations-Druckaustauscher für gas förmige Medien, der wenigstens einen Zellen ring für die Kompression und Expansion des Gases besitzt und bei welchem im Betrieb, während der Zellenring relativ zum Stator rotiert, Zellen, die Gas höheren Druckes ent halten, mit andern Zellen, z. B. desselben oder eines andern Ringes, in Verbindung kommen, die Gas von geringerem Druck enthalten, so dass das Gas höheren Druckes expandiert und dadurch eine Kompression des Gases in den andern Zellen bewirkt, wobei auf die so ent stehenden Kompressions- und Expansions zonen Zonen folgen, in welchen der Wärme inhalt des in den Zellen vorhandenen Gases geändert wird.
Dabei kann der Wärmeinhalt des Gases durch Auswechseln des Gases mit einem solchen höherer Temperatur (Spülen) oder durch Wärmezufuhr geändert werden oder der Wärmeinhalt kann durch Auswech seln des Gases mit einem solchen tieferer Tem peratur (Spülen) oder durch Wärmeabgabe geändert werden.
Während eine Kompressionszelle (die zu komprimierendes Gas enthält.) mit einer Ex pansionszelle (die zu expandierendes Gas höheren Druckes enthält) in Verbindung steht., erfolgt zwangläufig eine Gasströmung, im folgenden Überstrom-Gasstrom genannt, aus den Expansionszellen in die Kompressions zellen.
Die während einer Wärmezufuhr entste hende Gasströmung braucht nicht grösser zu sein als der Abstrom von überschussgas aus den Zellen, der eine Folge der durch Wärme zufuhr bewirkten Volumenzunahme ist, und in gleicher Weise braucht die während einer Wärmeabgabe entstehende Gasströmung nicht grösser zu sein als der Zustrom von Gas zu den Zellen, der erfolgt, um die durch Wärme abgabe bewirkte Volumenverminderung wie der auszugleichen.
In der Praxis hat es sich als zweckmässig erwiesen; wenigstens die Wärmeabgabe, und runter Umständen auch die Wärmezufuhr, ausserhalb der Zellen vorzunehmen. Zu diesem Zweck wurde vorgeschlagen, den während der Wärmeinhaltsänderungszonen erfolgenden Gasstrom dadurch zu bewirken, dass der Gas inhalt jeder in eine solche Zone eintretenden Zelle durch Gas ersetzt wird, das ausserhalb der Zellen speziell erwärmt oder gekühlt wurde oder das in beiden Fällen einer Gasquelle ent nommen wird, die schon die gewünschte hohe oder tiefe Temperatur aufweist.
Dieser Vor gang des Ersetzens von Gas bewirkt in den betreffenden Zellen einen kontinuierlichen Spülgasstrom durch diese Zellen.
Natürlich kann die Wärmezufuhr auch in den Zellen selbst, z. B. durch Verbrennung von Brennstoff in den Zellen, erfolgen.
Die Stellen im Arbeitszyklus, an welchen Spülung mit erwärmtem Gas (Wärmezufuhr) oder mit gekühltem Gas (Wärmeabgabe) auf- tritt, hängen vom beabsichtigten Gebrauch der Maschine ab. Soll der Druckaustauscher als Quelle von heissem Hochdruckgas, das z. B. zur Expansion in einer Gasturbine oder einer s andern Maschine oder zur Leistung mechani scher Arbeit bestimmt ist, dienen, dann erfolgt die Wärmezufuhr bei hohem Druck und die Wärmeabgabe bei geringem Druck des Gases. Wenn anderseits der Druckaustauscher als Wärmepumpe oder Kühlmaschine dienen soll, erfolgt die Wärmezufuhr bei geringem Druck und die Wärmeabgabe bei hohem Druck des Gases.
Zweckmässig ist jeder Zellenring als Rotor ausgebildet. Sind mehr als ein solcher Zellen rotor vorgesehen, so kann die Anordnung der art sein, dass der Überström-Gasstrom aus den Expansionszellen des einen Rotors in die Kompressionszellen des andern Rotors gelangt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt vor allem, die bei solchen Druckaustausehern auf tretenden Energieverluste zu verringern. Diese treten besonders deshalb auf, weil das aus der einen Zelle in eine andere strömende Überströmgas (möglicherweise durch eine eigene Leitung) notwendigerweise einer ge wissen freien Expansion unterliegt, die keine Nutzarbeit durch Komprimieren von Gas in einer Kompressionszelle leistet und deshalb einen Energieverlust darstellt.
Gemäss der Erfindung besitzt der Druck- austauscher der genannten Art im Strömungs weg des Überströmgases von einer Expansions zelle zu einer Kompressionszelle eine Lauf- schaufelung, um so einen Teil der Energie dieses Gases dem letzteren in Form mecha- niseher Arbeit zu entziehen, wobei der Zel lenring so ausgebildet ist, dass in jeder Zelle mehrere Schaufelkanäle vorhanden sind.
Diese mechanische Arbeit kann zum An trieb oder als Mithilfe zum Antrieb des oder der Rotoren des Druckaustauschers verwen det werden. Sie kann aber auch zur Erzeu gung einer äussern Wellenleistung benützt werden.
An Hand der beiliegenden Zeichnung wird der Erfindungsgegenstand in mehreren Aus führungsbeispielen näher erläutert. Dabei ist angenommen, dass jeder Zellenring in einem sich selbst antreibenden Rotor angeordnet ist und dass die im folgenden beschriebenen Ma schinen zur Lieferung von heissem Dreckgas bestimmt sind.
In der Zeichnung zeigt Figg.1 einen Druckaustauseher mit einem Rotor im Axialsehnitt nach der Linie I-I in Fig. 4, Fig. 2 eine Endansicht des Rotors gemäss der Linie II-II in Fig. 1 gesehen, Fig.3 eine Endansieht auf das andere Stirnende des Rotors gemäss der Linie III-III in Fig. 1 gesehen, Fig. 4 eine Endansicht auf den Stator ge mäss der Linie IV-IV in Fig.l gesehen, Fig. 5 eine Endansicht auf den Stator ge mäss der Linie V-V in Fig. 1 gesehen, Fig. 6 eine Endansieht von links zu Fig. 1, Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII in Fig. 4, d. h. reehtwinklig zur Sehnittebene der Fig. 1, Fig. 8 eine Abwieklung des Umtanges des Druckaustauschers, Fig.9 ein Geschwindigkeitsdiagramm der in Fig.8 dargestellten Turbinensehaufelung, Fig. 9A eine Variante zu Fig.1, Fig. 10 eine Variante zu Fig. 4, Fig.11 eine in Verbindung mit der Va riante gemäss Fig.
10 verwendete Variante zu Fig. 3, Fig.11A und 11B schematisch Turbinen schaufelungen,wie sie in Verbindung mit der Variante gemäss Fig.1 benützt. werden können, Fig. 12A eine Variante zu Fig. 12, welche die speziellen Merkmale der Variante gemäss Fig. 9A aufweist, Fig.12 einen Druekaustauseher mit zwei gegenläufigen Rotoren im Axialsehnitt analog zu Fig. 7, Fig. 13 eine Abwieklung des Umfangs der Variante nach Fig. 12,
Fig. 1.1 ein Geschwindigkeitsdiagramm der in Fig. 13 gezeigten Turbinensehalifelung, Fig.15 einen Schnitt. analog zu Fig.12 durch einen Druckaustauseher mit. zwei durch einen Statorteil getrennten, gegenläufigen Rotoren, Fig. 15A eine Kombination der Fig. 15 und 9A, Fig.16 eine Abwicklung der Variante nach Fig.15, Fig. 17 ein Geschwindigkeitsdiagramm der in Fig. 16 gezeigten Turbinenschaufelung, Fig.18 eine weitere Variante zu Fig. 4, Fig. 19 eine Abwicklung des Umfanges der Ausführung nach Fig. 12 und Fig.
20 eine Abwicklung einer der Fig.19 ähnlichen Ausführung mit nur einem Rotor. Der in den Fig.l-7 gezeigte Druckaus tauscher besitzt einen Rotor 1, der aus einem innern und einem äussern Zylindermantel 2 bzw. 3 gebildet und zwecks Schaffung von Zellen 5 durch radiale Trennwände 4 unter teilt ist. Bei diesem Beispiel wird Umkehr spülung verwendet, zu welchem Zweck der Rotor einen Trennzylinder 6 aufweist, der die Zellen 5 in radial innere und radial äussere Abteile unterteilt. An der einen Stirnseite besitzt der Rotor eine Turbinen-Laufschaufe- lung 7, wobei die Zellen 5 an dieser Stirn seite mit Ausnahme der durch die Schaufe- lung 7 gebildeten Kanäle abgeschlossen sind.
Ani andern Stirnende des Rotors sind die Zellen 5 offen (Fig.2).
Der Rotor ist drehbar in einem Gehäuse 8 angeordnet, das mit Stirnplatten 9 und 10 versehen ist. Die Stirnplatte 9 besitzt Leit- schaufelungen 11, 12 (Fug. 4), wobei die durch diese Schaufelungen gebildeten Gaskanäle mit Leitungen 13 für das Überströmgas in Verbin dung stehen. Jede Zelle besitzt mehrere Lauf- selraufelkanäle, und jede Überströmleitung 13 verbindet mehrere Leitschaufelkanäle mit einander, so dass während des Betriebs der Maschine Zellen untereinander nur so lange verbunden sind, als dies für den Druckaus tausehprozess erforderlich ist.
Angenommen, der Rotor rotiere im Uhr zeigersinn gemäss Fig.4, dann verläuft der Arbeitszyklus wie folgt: AD ist die Expansionsperiode, DC die Nieclerdruck-Spülperiode, CB ist die Kom pressionsperiode und BA ist die Hoehdruck- Spülperiode. Die Spülöffnungen in der Stirnplatte 10 sind gemäss Fig. 7 an ein entsprechendes Lei tungsnetz angeschlossen, wobei 14 die Hoch druck-Spülleitung und 15 die Niederdruck- Spülleitung ist. Im vorliegenden Fall ist an genommen, dass das während der Hochdruck- Spülperiode ausströmende Gas ausserhalb des Austauschers erhitzt wird, z. B. indem in einer Brennkammer Brennstoff in diesem Gas ver brannt wird.
Dieses Gas wird anschliessend in zwei Ströme unterteilt, wovon der eine zum Druckaustauseher zurückgeführt wird,<B>um</B> die Zellen während der Hochdruck-Spülperiode wieder zu füllen, und der andere zu weiterem Verbrauch, z. B. in einer Gasturbinenanlage, abgeleitet wird.
Der allgemeine Aufbau und die Wirkungs- weise des an Hand der Fig.l-7 erläuterten Austauschers sind am besten aus Fig. 8 ersicht lich, welche eine vollständige Abwicklung des Austauschers und der ihm zugeordneten Teile zeigt. Die Drehrichtung des Rotors ist durch die von rechts nach links weisenden Pfeile dargestellt. Ausgehend von der Niederdruck- Spülzone <I>CD,</I> wird z. B. Frischluft von Atmo sphärendruck durch die Leitung 15a mittels eines nicht dargestellten Spülventilators den mit der letzteren in. Verbindung stehenden Zellen zugeführt.
Dadurch werden die Ab gase aus diesen Zellen ausgetrieben und durch die Leitung 15b abgeführt. Jede Zelle ist durch die Trennwand 6 in einen radial innern und einen radial äussern Teil (siehe auch Fig.1 und 7) unterteilt. Durch die Leitung 15a gelangt die Frischluft in den radial in- nern Teil der Zellen, während die Abgase aus dem radial äussern Teil der Zellen in die Leitung 15b gelangen, so dass der Strömungs weg durch die Zellen, der durch die Pfeile<I>LP</I> in den Fig. 7 und 8 angedeutet ist,
eine Um kehrung erfährt. Aus Gründen der Einfach heit wird dieser Vorgang im folgenden Um kehrspülung genannt.
Nun sollen die mit der Hochdruck-Spül- leitung 14 in der Zone BA in Verbindung stehenden Zellen näher betrachtet werden. Der radial innere Teil dieser Zellen steht mit der Einlassleitung 14a in Verbindung, wäh- rend der radial äussere Teil dieser Zellen mit der Auslassleitung 14b in Verbindung steht (siehe auch Fig. 7). Die Leitung 14b führt zu einer Brennkammer 20, deren Auslass in das Rohr 21 mündet. Ferner mündet die Brenn- kammer 20 auch in die Auslassleitung 14c.
Von rechts nach links in die Zone BA sich bewegende Zellen enthalten Gas, das wie oben erwähnt im Druckaustauscher auf einen über dem Atmosphärendruck liegenden Druck komprimiert wurde. Wenn diese Zellen die Zone BA erreichen, entleeren sie sich in die Leitung 14b infolge eines in dieser Leitung angeordneten, nicht dargestellten Spülventi lators. In der in dieser Weise der Brennkam- mer 20 zugeführten Frischluft wird sodann Brennstoff verbrannt, der z. B. in die Brenn- kammer eingespritzt wird.
Von den dabei ent stehenden heissen Verbrennungsgasen von hohem Druck wird ein Teil durch die Lei tung 21 an die Turbine und der Rest durch die Leitung 14a den in der Zone B A liegenden Zellen zugeführt, wo sie das oben erwähnte komprimierte Gas ersetzen. Es ist zu bemer ken, dass beim Betrieb der Maschine in der Brennkammer 20 eine kontinuierliche Ver brennung stattfindet, wobei in der Hochdruck- Spülzone BA eine kontinuierliche Gasströ mung durch die Zellen vorliegt, welche Zellen einerseits komprimiertes Gas abgeben und an derseits wieder mit Hochdruek-Verbrennungs- gasen erfüllt werden. Auch in diesem Fall liegt, wie die Pfeile<I>HP</I> zeigen, Umkehrspü lung vor.
In der Expansionszone AD liegende Zellen stehen durch die Überströmleitungen 13 mit Zellen in der Kompressionszone CB in Ver bindung. Eine die Zone BA verlassende und mit den höchsten Druck im Arbeitskreislauf aufweisendem Gas gefüllte Zelle kommt mit der Leitung 13a in Verbindung, durch welches die genannte Zelle für einen Augenblick mit einer Zelle in der Zone CB, die etwas geringe ren Druck aufweist, in Verbindung gebracht wird. Während dieser kurzzeitigen Verbin dung der beiden Zellen nimmt der Druck unterschied in den letzteren etwas ab, zufolge des zwangläufig in Pfeilrichtung auftreten- den Überström-Gasstromes durch die Lei tung 13a aus der Expansionszelle in die Kom pressionszelle.
Zufolge des zwischen den mit einander verbundenen Zellen auftretenden Druckaustausches erfährt die Zelle in der Zone AD eine Drucksenkung, während in der mit ihr verbundenen Zelle in der Zone CB eine Druckerhöhung auftritt.
Die vorangehend betrachtete Zelle in der Zone AD wird im Verlaufe ihrer V eiterbewe- gung durch die Leitung 13b kurzzeitig mit einer weiteren Zelle in der Zone CB verbun den, wobei zwischen diesen beiden Zellen ein dem vorangehend beschriebenen analoger Druckaustausch stattfindet. Der gleiche Vor gang wiederholt sieh jedesmal, wenn eine Zelle der Zone<I>AD</I> mit einer der Leitungen 13a bis 13e in Verbindung gebracht wird. Daraus folgt, dass das Gas einer sich von A nach D bewegenden Zelle schrittweise bis auf den Auslassdruck expandiert, während gleichzeitig das Gas einer sieh von (' nach B bewegenden Zelle schrittweise wenigstens annähernd auf jenen Druck komprimiert. wird, mit welchem es in die Leitung 14b eintritt.
In den sich in irgendeinem bestimmten Zeitpunkt in der Kompressionszone CB befindenden Zellen herrscht ein schrittweise von C nach B zuneh mender Druck, wie dies dureh die striehpunk- tierte Linie Y angedeutet ist, während in den sich in der Expansionszone AD befindenden Zellen ein schrittweise von A nach D fallen der Druck herrscht; dies ist durch die strich punktierte Linie Y angedeutet.
Die Leitungen 14b und 21 sind durch eine Umwegleitung miteinander verbunden, in wel- eher ein Organ 23 zum Verändern der 'Menge der in die Brennkammer 20 einströmenden Luft vorgesehen ist. Ausserdem ist am Brenn kammerauslass ein Organ \?4 vorgesehen zum Verändern der Menge der durch die Leitun gen 21 und 14a strömenden Verbrennungsgase.
Die Laufsehaufelung 7 arbeitet in bezug auf den die Expansionszellen verlassenden Gasstrom nach dem Reaktionsprinzip und vor wiegend nach dem Impulsprinzip in bezug auf den in die Kompressionszellen einströmenden Gasstrom. Die Leitschaufelung 11, 12 leitet Überströnmgas aus den Zellen zur Laufschaufe- lung einer Kompressionszelle.
Fig. 9 zeigt ein typisches Geschwindigkeits diagramm der in Fig.8 dargestellten Lauf- sehaufelung; dabei bedeuten: U: Umfangsgeschwindigkeit, OA : Gasgeschwindigkeit relativ zum Rotor, wenn dlas (las die Expansionszellen verlässt, 0B: Gasgeschwindigkeit relativ zur Leit- sehaufelung an deren Eintritt, OE: Gasgeschwindigkeit relativ zur Leit- schaufelung, wenn das Gas die letztere verlässt und in die Kompressionszellen eintritt, OF: Gasgeschwindigkeit relativ zum Rotor, wenn dlas Gas in die Kompressionszellen ein tritt, OB: Gasgeschwindigkeit relativ zum Rotor, nachdem dlas Gas die Rotorschaufelung ver lassen hat.
Fig. 9A zeigt eine ähnliche Maschine wie Fig.1, deren Zellen und Endplatten besitzen jedoch an beiden Stirnenden Spülöffnungen, um eine Gleichstrom-Spülung, d. h. ohne Strö mungsumkehr, zu ermöglichen. In diesem Fall sind die Laufschaufeln 7 in einem Teil des Rotors angeordnet, der einen grösseren Durch messer besitzt als der übrige Rotorteil, so dass der Spülgasstrom (siehe Pfeile) in einer radial weiter innen als die Schaufeln liegen den Zone durchtreten kann. Ebenso ist natür lich die Leitschaufelung 11, 12 in einem Teil mit grösserem Durchmesser angeordnet. Die obere Hälfte von Fig. 9A zeigt einen Schnitt durch den Austauscher in einer Spülzone, wäh rend die untere Figurenhälfte einen Schnitt in einer Kompressions- bzw. Expansionszone darstellt.
Die Fig. 10 und 11 zeigen eine Variante, die die Erreichung eines höheren Schaufel wirkungsgrades ermöglicht, da bei einer Aus führung gemäss Fig.8 das Überströmgas die Rotorschaufelung erst in der einen und dann in der andern Richtung durchströmt. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, sind die Leit- sehaufelungs-Sektoren 11, 12 gemäss Fig.10 in verschiedenen Radialabständen angeordnet, und der Rotor besitzt zwei koaxial übereinan- derliegende Laufschaufelungen 16, 17, wobei die Leitschaufeln 11 und die Laufschaufeln 16 so angeordnet sind, dass sie der umgekehrten Gasströmung angepasst sind.
Es versteht sich, dass beim Betrieb der Maschine die einzelnen, nicht arbeitenden Laufschaufeln durch den nichtdurchbrochenen Teil der Stirnplatte 9 verdeckt sind. Die Fig.11A und 11B zeigen schematisch die Laufschaufelumg 16 bzw. 17.
Die in den Fig.12 und 13 gezeigte Maschine besitzt zwei Rotoren 1 und la, die gegenläufig drehbar im Gehäuse 8 angeordnet sind. In diesem Fall sind keine Leitungen 13 vorhan den, und das Überströmgas (siehe Pfeile T in Fig.13) gelangt direkt aus den Expansions zellen des einen Rotors in die Kompressions zellen des andern Rotors, wobei das Spiel zwi- sehen den beiden Rotoren zur Vermeidung grosser Leckverluste möglichst klein gehal ten ist.
An jedem Stirnende ist eine Hochdruck- Spülleitung 14 und eine Niederdruck-Spül- leitung 15 vorgesehen. Jeder Rotor besitzt fer ner eine Laufschaufelung 7.
In diesem Fall ist zu bemerken, dass keine Leitschaufelung vorgesehen ist. Fig. 13 zeigt eine Abwicklung des Umfangs des Druekaustauschers mit der für diese Maschinenart. vorgesehenen Schaufe leng, und in Fig. 14 ist ein Geschwindigkeits diagramm einer Schaufeleng gemäss Fig.13 für die Strömungsrichtiuig vom Rotor 1 zum Rotor la dargestellt.
Dabei bedeuten: U: Umfangsgeschwindigkeit, 0A : Gasgeschwindigkeit relativ zum Ro tor 1 beim Austritt des Gases aus demselben, 0D <I>:</I> Gasgeschwindigkeit relativ zum Ro tor la beim Eintritt des Gases in denselben, OB: Gasgeschwindigkeit relativ zum Ro tor 1a, wenn Gas nach dem Verlassen der Laufschaufelung in die Zellen eintritt.
Eine Betrachtung der Strömungsverhält nisse für die Strömungsrichtung vom Rotor la zum Rotor 1 zeigt; dass ein stossfreier Eintritt in diesem Fall nicht zu erzielen ist, so dass kein für beide Strömungsrichtungen günstiger Schaufelwirkungsgrad erzielbar ist.
Fig,12Ä zeigt eine . Variante zu Fig. 12, welche das besondere Merkmal gemäss Fig. 9 A aufweist, d. h. die Rotorschaufelung 7 ist in einem Rotorteil angeordnet, dessen Durch messer grösser ist als der übrige Rotorteil, um eine Gleichstrom-Spülung in der durch Pfeile angedeuteten Richtung zu ermöglichen.
Um einen besseren Schaufelungswirkungs- grad bei einer Maschine mit zwei Rotoren zu er reichen, kann die Anordnung entsprechend der in den Fig.15 und 16 gezeigten sein, bei wel cher die gegenläufig drehenden Rotoren 1, la durch einen Statorteil 16 voneinander ge trennt sind. Der Statorteil 16 trägt in zwei Sektoren Leitschaufelungen 17, 18, deren Wir kung derjenigen der Leitschaufeln 11, 12 in Fig. 4 entspricht. Die obere Hälfte von Fig.15 zeigt einen Schnitt durch eine Spülzone, wäh rend die untere Figurenhälfte eine Kompres- sions- und eine Expansionszone darstellt.
Die Leitschaufelungen 17, 18 können, wie in Fig.15 und 16 gezeigt, je zwei hinterein- anderliegende Schaufelreihen aufweisen oder es kann nur je eine Schaufelreihe vorgesehen sein. Fig. 17 zeigt ein typisches Geschwindig keitsdiagramm der in Fig. 16 gezeigten Schau- felung; es bedeuten U : Umfangsgeschwindigkeit, OA: Gasgeschwindigkeit relativ zum Ro tor 1, wenn das Gas den Rotor verlässt, OB: Gasgeschwindigkeit relativ zum Sta torteil, wenn das Gas vom Rotor 1 kommt, OC: Gasgeschwindigkeit relativ zum Sta torteil, wenn das Gas den letzteren verlässt und in den Rotor 1a eintritt, OA: Gasgeschwindigkeit relativ zum Ro tor 1u, an dessen Eintritt, OB:
Gasgeschwindigkeit relativ zum Ro tor 1u, wenn das Gas nach dem Verlassen der Laufschaufelung in die Zellen eintritt.
Fig.15A zeigt ein Beispiel, das gewisse praktische Vorteile aufweist und das zur Hauptsache eine Kombination der Merkmale gemäss den Fig.15 und 9A darstellt. Die obere Hälfte von Fig.15a zeigt einen Schnitt durch eine Spülzone, während die untere Figuren hälfte einen Schnitt durch eine Kompressions und eine Expansionszone darstellt.
Die Zellen werden bei dieser Ausführung im Gleichstrom gespült: Wenn Leitschaufeln vorgesehen sind, ist es zufolge der verschiedenen, auftretenden Gas dichten vorteilhaft, die Kompressions- und Expansionszellen, die an die Hochdruckzone anschliessen, mittels Leitschaufelkanälen mit einander in Verbindung 7u bringen, deren Querschnittsfläche kleiner ist als diejenige der Leitschaufelkanäle, die an die Niederdruck zone anschliessen. Ein solches Beispiel ist in Fig.18 dargestellt, in welcher E die Expan sionszone und C die Kompressionszone dar stellt, und bei welchem Beispiel der Druck in den Expansionszellen in Richtung des Pfeils F, abnimmt und der Druck in den Kompressions zellen in Richtung des Pfeils C zunimmt.
Dies wird dadurch erreicht, dass die Länge der Leitschaufeln 11, 12 in Umfangsrichtung von der Niederdruck- zur Hochdruckzone stufen weise abnimmt. Als Variante kann die Länge der Schaufeln anstatt stufenweise auch konti nuierlich abnehmen. Um den Wirkungsgrad der Leitschaufelung zu erhöhen, kann die mit ihr zusammenarbeitende Laufschaufelung in radialer Richtung Abschnitte verschiedener Ausbildung aufweisen, um so der entspre- ehenden Leitsehaufelung mit bestimmter Länge besser angepasst zii sein.
Die v ersehie- denen Laufsehaufelabselinitte können durch zylindrische Trennringe oder ähnliche Organe voneinander getrennt\ sein, um die Strömung in den einzelnen Abschnitten der Laufsehau- felung weniger zti stören.
Da durch Expansion von Überströmgas in einer Laufsehaufelun o, mechanische Energie anfällt., können Druckaustauscher gebaut wer den, deren Rotoren ohne äussern Antrieb selbst angetrieben werden. Es ist jedoch mög lich, dass ein Überschuss an Wellenleistung zur Verfügung steht, die zum Antrieb von Hilfs geräten, z. B. Spülventilatoren, nützlich ver wendet werden kann.
Eine Maschine kann so aasgebildet sein, dass die total anfallende Lei stung in jedem beliebigen Verhältnis aufge teilt werden kann, einerseits zur Lieferung von Druckgas zu weiterem Gebrauch, ander seits in Wellenleistung. In einem Extremfall kann die ganze anfallende Leistung der An lage als Wellenleistung abgenommen werden, wobei kein Druckgas zu weiterem Gebrauch geliefert wird.
Es ist zu bemerken, dass sowohl in der Hochdruck- als auch in der Niederdruckspül zone ein Unterschied besteht zwischen demn Druck in einer Zelle, die gerade in die Spül zone eintritt und gespült werden soll, und dem Druck des Spülgases. Mit andern Wor ten, es ist nie möglich, das Gas bis auf den höchsten Druck des Arbeitszyklus hinauf zu konmprinmieren, ebensowenig ist es möglich, das Gas in den Expansionszellen auf den tiefsten Druek des Arbeitszyklus hinunter zu expan- dlieren. Dies bedeutet, dass zu Beginn jeder Spülzone notwendigerweise ein mit freier Ex pansion und damit Energieverlust verbun dener Druckaustausch erfolgt.
In Weiterfüh- rung der den beschriebenen Beispielen zu (G',runde liegenden Idee, kann die Anordnung derart getroffen sein, dass jede Zelle nach dem Verlassen der Kompressions- oder Expansionszone und vor dem Erreichen der Spülzone, durch Schaufelkanäle wie oben be schrieben mit der Spülleitung verbunden wird, so dass der Druck in einer Zelle auf den Spül druck gebracht wird, bevor sie die Spülzone erreicht. Ein solcher Druckausgleich bewirkt eine Expansion von Gas in der Laufschaufe- lung und ergibt somit mehr Nutzleistung.
Fig. 19 zeigt ein Beispiel zur Erreichung des oben genannten Zweckes für einen Druck austauscher mit zwei gegenläufigen Rotoren gemäss Fig.12. Aus Fig.19 ist ersichtlich, dass die Hochdruekspülleitung 14 des Rotors 1ä in Umfangsrichtung bezüglich der Leitung 14 des Rotors 1 versetzt angeordnet ist. Es ist zu bemerken, dass die Zelle 25 rechts in Fig.19 des Rotors la durch Überströmgas aus Expan sionszellen auf den höchstmögliehen Druck gebracht wurde, der jedoch immer noch ge ringer ist als der Druck des dem Rotor durch die Leitung 14 zugeführten Hochdruckspül gases. Die von rechts nach links in Fig.19 in die Spülstellung wandernde Zelle kommt durch die Kanäle der Schaufelung 7 mit Zel len des Rotors 1 in Verbindung, die dann bereits gespült sind.
Der Druck in der be- trachteten Zelle des Rotors 1a erhöht sich dabei annähernd auf den Druck des durch die Leitung 14 zugeführten Spülgases, und es erfolgt ein Gasstrom durch die Schaufelung 7 vom Rotor 1 zum Rotor 1a und demzufolge eine Expansion des Gases in der Schaufelung.
Entsprechend erhöht sich der Druck einer Zelle 26 des Rotors 1 in Fig.19, wenn sie nach rechts zur Spülstelle wandert, auf den höch sten Druck des Arbeitszyklus, indem sie durch die Kanäle der Schaufelung 7 mit Zellen des Rotors la in Verbindung gebracht wird, die dann bereits gespült wird, und in der Folge strömt Gas vom Rotor la zum Rotor 1 durch die Schaufelung 7, in welcher es expandiert (siehe kleine Pfeile in Fig. 19). Eine ähnliche Wirkung kann bei Nieder- druekspülung erreicht werden, wenn die Spül leitungen zueinander versetzt angeordnet sind.
In diesem Fall muss natürlich der Druck in den sieh der Spülzone nähernden Zellen ge senkt werden. Fig.20 zeigt eine andere Variante, mit welcher bei einer Maschine gemäss Fig.1 mit. einem einzigen Rotor das gleiche Resultat er reicht werden kann.
Diese Ausführung besitzt eine Umleitung 18, die jede Zelle mit der Hochdruckspülleitung in Verbindung setzt, bevor die Zelle die Spülzone erreicht, so dass Gas vom Endteil der Leitung 18 über Leit- schaufeln 19 durch die Laufschaufelung 7 in die Zellen strömt, so dass Druckausgleich er folgt und Nutzleistung abgegeben wird. Leit- schaufeln 19 sind im offenen Endteil der Leitung 18 angeordnet. Anderseits kann an Stelle der Leitung 18 eine Leitung 18A vor gesehen sein, um jede zu spülende Zelle mit einer gespülten Zelle in Verbindung zu setzen.
An jedem Ende der Leitung 18A ist eine ent sprechende Leitschaufelung 19 angeordnet.