Rotierender Druckaustauscher. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein rotierender DruckaustaiLscher mit we nigstens einem Zellenring zur Kompression und Expansion von Gas und Kanälen für den Druckaustausch, welche dazu bestimmt, sind, Zellen paarweise miteinander zu verbinden, zwischen welchen der Druckaustausch erfolgen soll.
Wenn die Verbindung zwischen zwei Zel len hergestellt ist, expandiert Gas höheren Druckes in der einen Zelle und bewirkt so eine Kompression des Gases in der andern Zelle, wodurch ein Gasfluh durch die Kanäle entsteht.
Bei der beschriebenen. Druckaustauscher- art kann der oder jeder Zellenring rotierend angeordnet. sein, während die Kanäle statio när sind. Die Anordnung kann aber auch um gekehrt sein, es ist nur notwendig, dass zwi schen den Kanälen und den Zellen eine Rela tivrotation möglich ist.
Bei diesen Druekaustauschern ist der so genannte Druckaustausch zwischen zwei durch die Druekaustauschkanä1e miteinander verbundenen Zellen kein vollständiger Druck austausch indem Sinne, dass das Gas von ur sprünglich höherem Druck in der einen Zelle bis herunter auf den, ursprünglichen Druck des Gases in der Niederdriaekzelleexpandiert, während das letztgenannte Gas gleichzeitig den Ausgangsdruck des Gases in der Iloch- druekzelle annimmt.
In Wirklichkeit ist die ser Druckaustausch in den genannten Druck- austauschern nur ein Ausgleichen von Druck zwischen zwei miteinander verbundenen Zel len, so da.ss keine Kompressionszelle den höchsten Druck des Arbeitszyklus, d. h. den Druck des bei Hochdruckspülung zugeführten Frischgases und keine Expansionszelle den niedersten Druck des Arbeitszyklus, d. h. den Druck des bei Niederdruckspülung zugeführ ten Frischgases, erreichen kann.
Die vorliegende Erfindung bezweckt vor allem die bei solchen Maschinen auftretenden Verluste herabzusetzen, und zwar :durch eine solche Ausbildung des Druckaustauschers, dass man dem vollständigen Druckaustausch zwischen zwei beliebigen, miteinander verbun denen Expansions- und Kompressionszellen näher kommt als bei bekannten Druckaustau- schern.
Gemäss vorliegender Erfindung ist der Druckaustauscher dadurch gekennzeichnet, da.ss jeder Druckaustauscherkanal einen kon vergierenden Einlassabschnitt, einen Mittel abschnitt-, der einen konstanten Querschnitt besitzt und einen divergierenden Auslass- abschnitt aufweist, wobei beim Betrieb des Austauschers der Strom von Austauschgas zwischen zwei miteinander verbundenen Zellen weitergeht, nachdem die Drücke in den.
beiden Zellen annähernd gleich sind, so dass der Druck in der bezüglich des Austauschstromes stromabwärts liegenden Zelle grösser wird als der Druck in der stromaufwärts liegenden Zelle. Bei Di-Lickaustauschern der beschriebenen Art kommt eine Zelle mit höherem Gasdruek jeweils mit einer Zelle mit geringerem Gas drnek in Verbindung.
Wenn vorausgesetzt wird, dass die Strömungsvorgänge verlustlos verlaufen, nimmt während des ersten Teils des Druckaustauschvorganges die Geschwindigkeit des Au stauschgasstromes in dem oder den Ka nälen stetig zu, und zwar zufolge der Herr schenden Druckdifferenz, bis die Drücke in den Zellen einander gleich sind.
Anschlie ssend nimmt der Driickaustauseh, zufolge des weitergehenden Gasstromes in dem oder den Kanalabschnitten mit konstantem Querschnitt seinen Fortgang; da aber jetzt die Driiek4if- feren.z der Gasströmung entgegenwirkt, nimmt die Strömungsgeschwindigkeit des Ga ses ab, bis sie den niedersten Wert erreicht. In diesem Augenblick ist der Druckaustausch zwischen den beiden beteiligten. Zellen voll ständig.
Im Idealfall, d. h. wenn keine Verluste auftreten, wäre es also theoretisch möglich, das Gas in der Kompressionszelle bis auf den Ausgangsdruck der Expansionszelle zu kom primieren, während das Gas in der letzt genannten Zelle bis auf den Anfangsdruck in der Kompressionszelle expandiert wird, vor ausgesetzt, dass die Volumina. der beiden. Zel len gleich sind.
Es scheint nun besonders vorteilhaft. zu sein, eine solche Anordnung zu treffen, dass die Kanäle, soweit dies möglich ist, stets mit Zellen in Verbindung stehen, so dass die Strö mungsgeschwindigkeit des Gases in den Ka nälen aufrechterhalten wird.
Um einen Druckaustausch über den Gleich- geu-iehtspunkt der Gasdrücke hinaus zu ermöglichen, muss die Verbindung zwischen Zellen und Kanälen natürlich auch nachdem die Drücke an den Enden der Kanäle ein ander gleich geworden sind, aufrechterhalten werden.
Es kann vorkommen, dass bei plötzlichem Öffnen und Schliessen (teilweise oder voll ständig) der Kanalenden Verdichtungs- und Verdünnungswellen durch die Kanäle schie ssen; dies wird aber den Diuickaustauschvor- gang nicht beeinträchtigen, besonders darum nicht, weil an den Ausla.ssenden der Kanäle Diffusoren vorgesehen sind.
Um einen wirkungsvollen Betrieb zu ge währleisten und besonders um ein Rückströ men von Gas in den Druckaustauschkanälen zu verhindern, ist, der Drnekaustauscher zweckmässig auf Grund folgender Gleichung dimensioniert
EMI0002.0032
darin bedeuten:
a = Schallgeschwindigkeit in dem Kanal abschnitt mit, konstantem Querschnitt., t = Zeit, während welcher ein Kanal mit einer Zelle in Verbindung steht, L = Länge des oder der Kanalabschnitte mit konstantem Querschnitt, t' =Volumen einer Zelle, Ve = Summe der Volumina aller mit, einer Zelle in Verbindung stehenden Kanal abschnitte mit. konstantem Querschnitt, C =eine Konstante, etwa 2,5.
Physikalisch sagt. obige Gleichung aus, dass die Zeit, während welcher ein Kanal mit. einer Zelle in Verbindung steht, nicht grösser sein soll als die hälfte der Zeit eines ganzen Zyklus des durch die miteinander verbunde nen, Zellen und' -des sie verbindenden Kanäle gebildeten Resonanzsystems.
Wenn diese Zeit länger ist., als sie diese Grenze angibt, dann steigen die Verluste stark an.
Die beiliegende schematische Zeichnung zeigt einige Ausführungsbeispiele des Erfin dungsgegenstandes.
Fig. 1 ist. ein Längsschnitt durch einen Druckaustauscher mit einem Zellenrotor. Fig. 2 ist ein Querschnitt. nach der Linie A-.1 in Fig. 1.
Fig. 3 zeigt in grösserem Massstab einen der in Fig. 1 gezeigten Kanäle im Axialschnitt. Fig. 4 ist ein Schnitt. nach der Linie B-B in Fig. 3.
Fig. 5 ist ein Längsschnitt durch einen Druckaustauscher mit zwei Zellenrotoren, Fig. 6 ist ein Schnitt nach der Linie C-C in Fig. 5.
Fig.7 ist ein Teilschnitt nach der zylin drischen Schnittfläche D-D in Fig. 5, und Fig.8 und 9 zeigen je eine Abwicklung auf eine Ebene eines Schnittes durch die Zel len und Kanäle eines zweirotorigen Druek- austauschers, und dienen zur schematischen Darstellung verschiedener Varianten.
Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Druekaustauscher besitzt einen einzigen Ro tor 1 mit, einer Anzahl von rund um den Rotor angeordneten Zellen, die dureh Trenn wände 5 gebildet sind, welche sich zwischen einem Aussenmantel Da und einem Innen mantel 5b des Rotors in radialer Richtung erstreeken. Der Rotor 1 ist in Lagern 3, 3' drehbar gelagert. Diese Lager sind in statio nären Endplatten 2, 2' angeordnet, wobei die Drehrichtung des Rotors durch den. Pfeil<B>10</B> in Fig. 2 angedeutet ist..
Die Spülleitungen für die Hochdruckspülzone 4 stehen durch die Endplatten mit den Zellen in Verbindung. Dasselbe gilt auch für die Leitungen der Nie- derdruekspül@zone,6. Beim Betrieb des Druck austauschers erfolgt eine Kompression in den Zellen des Sektors 7, während in den Zellen des Sektors 8 (Fug. 2) eine Expansion erfolgt..
Um die Verbindung zwischen Zellen in den Sektoren 7 und 8 herzustellen, zweeks Ermög- licliung des Druckaustausches zwischen diesen Zellen, sind Kanäle 9 so angeordnet, dass ihr eines Ende mit Zellen im Kompressionssektor und ihr anderes Ende mit Zellen im Expan sionssektor und Verbindung steht. Jeder Ka nal weist. geradlinige Abschnitte 11, 11' von konstantem Querschnitt, Diffusoren 12, 12' und konvergierende Abschnitte 13, 13' auf.
Um Stossverluste zu vermeiden, sind die Ab- sehnitte 12' und 13 an ihren Verbindungs enden mit. den. Zellen entsprechend ausgebil det., wie Fig.4 zeigt-. Ein Abschnitt 9a von konstantem, aber grösserem Querschnitt. ver bindet die Abschnitte 12 und 13' miteinander.
In Fig. 2 ist der Abstand der Kanäle 9 ab sichtlich etwas zu gross gezeichnet.
Die Wirkungsweise des besehriebenen Druckaustauschers ist folgende: Wenn der Rotor rotiert, kommen, die die Niederdxitck- spülzone 6 verlassenden Zellen mit den En den 12' der Kanäle 9 in Verbindung und Gas kann in diese Zellen eindringen, wodurch ihr Inhalt komprimiert- wird. Anderseits kommen dabei die die Hochdruckspülzone 4 verlassen den Zellen mit den Enden 13 in Verbindung, wodurch Gas in die Kanäle austritt,
das in die den Kompressionssektor durchlaufenden Zellen strömt.. Zufolge der Wirkung der Ka näle enthalten die in der Hochdruckzone 4 eintreffenden Zellern Gas von. annähernd dein in der Zone 4 herrschenden Druck. Dieses Gas wird je nach dem Verwendungszweck des Druckaustauschers weiter verwendet. Im vor liegenden Fäll sei angenommen, dass dieses Gas entfernt und durch zu expandierendes an deres Gas ersetzt werde.
Die Wirkungsweise der Kanäle ist dabei folgende: 'Wenn eine Zelle, in welcher eine Expansion erfolgen soll, mit einem Kanal 9 verbunden wird, dann herrscht im allgemei nen in dieser Zelle ein höherer Druck als am andern Ende des Kanals. Demzufolge strömt Austauschgas, bewirkt durch die herrschende Druckdifferenz durch den Kanal;
das Gas wird dabei beschleunigt, und demzufolge nimmt die kinetische Energie zii. Den grössten Wert nimmt. die kinetische Energie in den Abschnitten 11 und 1'1' an, in welchen Ab schnitten die Gasgeschwindigkeit am grössten ist. Der konvergierende Teil 13 gewährleistet einen stossfreien Eintritt des Gases und, dient zur Führung der Strömung in der gewünsch ten Richtung.
Der an lern Abschnitt 11 an schliessende Diffusor 12 setzt die Geschwin digkeit der austretenden Gase herab, so dass die Gase mit relativ kleiner kinetischer Ener gie den, Kanalteil 1'2 verlassen. Im Teil 9a da gegen bleibt. der Druck auf einem konstantien Hittelwert. In den Teilen 13' wird der Gas strom erneut besehleunigt, so dass auch in die sen Kanalteilen eine Zunahme der kinetischen Energie stattfindet.
Im Diffivsor 12' wird die kinetische Energie der den Abschnitt 11 ver lassenden Gase durch teilweise Umwandlung in Dr-tickenergie wieder verringert. Die Ver bindung zwischen den zwei Zellen wird über den Zeitpunkt hinaus aufrechterhalten, in welchem die Gasdrücke in den Zellen ein ander gleich sind. Von diesem Zeitpunkt an wird kinetische Energie zur Kompression des in der Kompressionszelle vorhandenen Gases über den in der Expansionszelle herrschenden Draek hinaus verwendet.
Bei einer Variante des beschriebenen Driickaustauschers ist ein Kanalabschnitt ent sprechend dem Abschnitt. 11 an Stelle des Ab schnittes 9a vorgesehen. Die Kanäle 11 usw. können bezüglich der Endplatte, z. B. wie bei 41 in Fig. 8 gezeigt-, auch schräg verlaufen. Beim Betrieb ist jede am DruckaustatLsch be teiligte Zelle gleichzeitig mit einer Mehrzahl von Kanälen verbunden.
Es ist auch möglich, an beiden Enden des Zellenrotors Kanäle anzuordnen.
Dichtungen 14 (Fig.4) sind vorgesehen, um Leckverluste an den Kanten der Zellen wände zu vermindern. Die Einlass- und Aus lassenden der Kanäle können ferner in ver schiedenen Radialabständen an .die Endplatte angeschlossen sein.
Der Druckaustauscher gemäss den Fig. 5, 6 und. 7 besitzt zwei koaxiale Zellenrotoren 15 und 16, wobei jeder Rotor annähernd gleich ausgebildet ist wie der Rotor 1 des voran gehend beschriebenen Beispiels. Die Rotoren 15, 16 sind gegenläufig rotierend in Lagern 18, 19, 20, 21 gelagert, welche Lager in Endplat- ten 22, 2-3, 24, 25 angeordnet sind. Die End- platten 24, 25 sind durch ein Zwischenstuck 26 miteinander verbunden. Die Pfeile in Fig.7 geben die Drehriehtungern der beiden Rotoren an..
Zwischen den beiden Rotoren sind Druckaustauschkanäle 27, 2:8 angeordnet, welche den Durchfluss von Austauschgas aus Expansionszellen des einen Rotors in Kom pressionszellen des andern Rotors ermögli chen, wobei die Kanäle im obern Bogenstück des Stators in einer Richtung und die Kanäle im untern Bogenstück in der andern Rich tung vom Gas durchflossen werden.
Die Wirkungsweise dieses Di-tickaustau- schers entspricht. derjenigen des vorangehend beschriebenen Austauschers mit der Aus nahme, d'ass bei der zweirotorigen Ausfüh- rungsform die Expansionszellen des einen Ro tors mit den Kompressionszellen des andern Rotors zusammenarbeiten,. Diese Anordnung ermöglicht eine einfaehere Ausbildung der Di-LlekaiLstausehkanäle. In Fig. 7 ist ein Ka nalsystem dargestellt., bei dem die Kanäle mit.
Rücksicht. auf die Tangent.ialkomponente der Gasgeschwindigkeit an ihren Enden gebogen sind. Am einen Ende weisen die Kanäle einen konvergenten Teil und am andern Ende einen Diffusor auf. Die @V irkungsweise dieser Ka näle ist im übrigen gleich, wie sie an Hand der Fig. 1 bis 4 beschrieben wurde.
Die Kanäle 27 können in der Nieder druckzone eine grössere (luerschnittsfläehe aufweisen als in der Hochdruckzone, wie dies beispielsweise durch die gestrichelten Linien in Fig. 6 angedeutet. ist.
Beim Beispiel gemäss Fig. 8 sind 15 und 16 Zellenrotoren, 30, 31, 29 die Hochdi-tick- Spülkanäle, 38 Leitschaufeln zur Führung der Spülströmung und 39, 39 Dichtungen am Zwischenstück 26. In Fig. 8 sind verschiedene Varianten von Kanälen dargestellt. 27 sind Kanäle, wie sie an Hand von Fi-,. 7 beschrie ben wurden; 40 sind Kanäle, die so geformt sind, dass Stösse, die zufolge der Umfangs geschwindigkeit der Zellenrotoren auftreten können, vermeidbar sind.
Die Kanäle 41 be sitzen einen konvergenten Einlassteil, der in Richtung der Geschwindigkeit des den Zellen rotor verlassenden Gases verläuft. Sie besitzen ferner einen Diffusor 43 und einen gekrümm ten Auslassteil 42, um eine geeignete Ge schwindigkeitskomponente in Umfangsrich tung zu erzielen. Das Spülen erfolgt im Parallelstrom, wobei auf jeder Seite, wie durch die Pfeile Y angedeutet, Gas eintritt und durch die Leitun- 31 zentral abströmt..
'Gemäss Fig. 9 werden die Zellen durch schraubenlinienförmig verlaufende Teile 44 gebildet. Diese Teile 44 verlaufen dabei zweckmässig in solcher Richtung, dass das Gas, das eine Zelle in Richtung der Druck austauschkanäle verlä.sst, zur Hauptsache eine reine Axial!gesehwindigkeit besitzt, d. h., dass die Umfangsgeschwindigkeitskomponente stark herabgesetzt ist. Die Kanäle 45 besitzen einen gekrümmten Einlassteil, während die Kanäle -k6 einen gekrümmten Auslassteil aufweisen.
Die Leitschaufeln 38 können auch in den Zellenrotoren angeordnet. sein, oder die Enden der Zellentrennwände können die gewünschte, gebogene Form aufweisen.
Es ist natürlich möglich, mehrere annä hernd koaxial zueinander angeordnete Zellen rotoren vorzusehen, wobei aufeina.nderfol- ,-ende Rotoren gegenläufig rotieren. Zwischen jedem Paar nebeneinanderliegender Rotoren können für den Druekaustaiisehv organg be stimmte Kanäle vorgesehen sein,
und zwischen den Rotoren können Leitungen als Ein- oder Auslassverbindungen mit Nieder- und I3oeh- drttekspülräumen angeordnet sein.
Bei allen beschriebenen Ausführungsfor men können die radialen Zellenwände so ge formt sein, dass die in die Zellen eintretenden oder sie verlassenden Gase einen Drehantrieb des oder der Rotoren bewirken.
Rotating pressure exchanger. The subject of the present invention is a rotating pressure exchanger with at least one cell ring for the compression and expansion of gas and channels for the pressure exchange, which are intended to connect cells in pairs, between which the pressure exchange is to take place.
When the connection between two cells is established, gas at higher pressure expands in one cell and thus causes compression of the gas in the other cell, whereby a gas flow is created through the channels.
With the described. The or each cell ring can be arranged to rotate in the manner of a pressure exchanger. while the channels are stationary. However, the arrangement can also be reversed, it is only necessary that a relative rotation is possible between the channels and the cells.
In these pressure exchangers, the so-called pressure exchange between two cells connected to one another by the pressure exchange channels is not a complete pressure exchange in the sense that the gas expands from the originally higher pressure in one cell down to the original pressure of the gas in the low-pressure cell, while the The latter gas simultaneously assumes the initial pressure of the gas in the Iloch pressure cell.
In reality, this pressure exchange in the above-mentioned pressure exchangers is only an equalization of pressure between two interconnected cells, so that no compression cell has the highest pressure of the working cycle, i.e. H. the pressure of the fresh gas supplied during high pressure purging and no expansion cell the lowest pressure of the operating cycle, d. H. the pressure of the fresh gas supplied with low pressure purging can reach.
The main purpose of the present invention is to reduce the losses occurring in such machines, namely: by designing the pressure exchanger such that the complete pressure exchange between any two expansion and compression cells that are connected to one another is closer than with known pressure exchangers.
According to the present invention, the pressure exchanger is characterized in that each pressure exchanger channel has a converging inlet section, a central section which has a constant cross section and a diverging outlet section, the flow of exchange gas between two interconnected during operation of the exchanger Continues after the pressures in the cells.
the two cells are approximately the same, so that the pressure in the downstream cell with respect to the exchange flow is greater than the pressure in the upstream cell. In the case of dip exchangers of the type described, a cell with a higher gas pressure comes into contact with a cell with a lower gas pressure.
If it is assumed that the flow processes are lossless, the speed of the exchange gas flow in the duct or ducts increases steadily during the first part of the pressure exchange process, according to the prevailing pressure difference, until the pressures in the cells are equal.
The pressure exchange then continues, owing to the continuing gas flow in the channel section or sections with a constant cross section; but since the driiekiferen.z now counteracts the gas flow, the flow velocity of the gas decreases until it reaches the lowest value. At this moment the pressure exchange between the two is involved. Cells completely.
Ideally, i. H. if no losses occur, it would theoretically be possible to compress the gas in the compression cell up to the initial pressure of the expansion cell, while the gas in the last-mentioned cell is expanded to the initial pressure in the compression cell, provided that the volumes . of both. Cells are the same.
It now seems particularly beneficial. to be, to make such an arrangement that the channels, as far as possible, are always in communication with cells, so that the flow velocity of the gas in the channels is maintained.
In order to enable a pressure exchange beyond the equilibrium point of the gas pressures, the connection between cells and channels must of course be maintained even after the pressures at the ends of the channels have become equal.
It can happen that if the ends of the canal are suddenly opened and closed (partially or completely), waves of compression and dilution shoot through the canals; however, this will not impair the pressure exchange process, especially not because diffusers are provided at the outlet ends of the channels.
In order to ensure effective operation and especially to prevent backflow of gas in the pressure exchange channels, the pressure exchanger is appropriately dimensioned on the basis of the following equation
EMI0002.0032
in it mean:
a = speed of sound in the duct section with constant cross section., t = time during which a duct is connected to a cell, L = length of the duct section (s) with constant cross section, t '= volume of a cell, Ve = sum of the Volumes of all duct sections connected to a cell with. constant cross-section, C = a constant, about 2.5.
Physically says. above equation from that the time during which a channel is with. a cell is connected, should not be greater than half the time of an entire cycle of the resonance system formed by the interconnected 'cells and' of the channels connecting them.
If this time is longer than this limit indicates, then the losses increase sharply.
The accompanying schematic drawing shows some exemplary embodiments of the subject matter of the invention.
Fig. 1 is. a longitudinal section through a pressure exchanger with a cell rotor. Fig. 2 is a cross section. along the line A-.1 in FIG. 1.
Fig. 3 shows on a larger scale one of the channels shown in Fig. 1 in axial section. Fig. 4 is a section. along the line B-B in FIG. 3.
FIG. 5 is a longitudinal section through a pressure exchanger with two cell rotors, FIG. 6 is a section along the line C-C in FIG. 5.
7 is a partial section according to the cylindrical sectional area DD in FIG. 5, and FIGS. 8 and 9 each show a development on a plane of a section through the cells and channels of a two-rotor pressure exchanger, and are used for the schematic representation of various Variants.
The pressure exchanger shown in Figs. 1 and 2 has a single Ro tor 1 with a number of cells arranged around the rotor, which are formed by dividing walls 5, which are between an outer shell Da and an inner shell 5b of the rotor in extend in the radial direction. The rotor 1 is rotatably mounted in bearings 3, 3 '. These bearings are arranged in statio nary end plates 2, 2 ', the direction of rotation of the rotor by the. Arrow <B> 10 </B> in Fig. 2 is indicated.
The flushing lines for the high pressure flushing zone 4 are connected to the cells through the end plates. The same applies to the lines in the low pressure zone, 6. When the pressure exchanger is in operation, compression takes place in the cells of sector 7, while expansion takes place in the cells of sector 8 (Fig. 2).
In order to establish the connection between cells in sectors 7 and 8, in order to enable the pressure exchange between these cells, channels 9 are arranged so that one end is connected to cells in the compression sector and the other end to cells in the expansion sector. Every channel shows. rectilinear sections 11, 11 'of constant cross-section, diffusers 12, 12' and converging sections 13, 13 '.
In order to avoid shock losses, the tendons 12 'and 13 are also at their connection ends. the. Cells trained accordingly. As Fig.4 shows. A section 9a of constant but larger cross-section. ver connects the sections 12 and 13 'together.
In Fig. 2, the distance between the channels 9 is clearly drawn a little too large.
The mode of operation of the pressure exchanger described is as follows: When the rotor rotates, the cells leaving the low pressure flushing zone 6 come into contact with the ends 12 'of the channels 9 and gas can penetrate these cells, thereby compressing their contents. On the other hand, the high-pressure rinsing zone 4 leaving the cells comes into contact with the ends 13, whereby gas escapes into the channels,
which flows into the cells passing through the compression sector .. As a result of the action of the channels, the cells arriving in the high pressure zone 4 contain gas from. approximately your pressure in zone 4. This gas is used further depending on the purpose of the pressure exchanger. In the present case it is assumed that this gas is removed and replaced by other gas to be expanded.
The mode of operation of the channels is as follows: If a cell in which expansion is to take place is connected to a channel 9, then there is generally a higher pressure in this cell than at the other end of the channel. As a result, exchange gas flows through the channel, caused by the prevailing pressure difference;
the gas is accelerated, and consequently the kinetic energy zii. Takes the greatest value. the kinetic energy in sections 11 and 1'1 ', in which sections the gas velocity is greatest. The converging part 13 ensures a smooth entry of the gas and serves to guide the flow in the desired direction.
The diffuser 12, which is connected to the learning section 11, reduces the speed of the exiting gases, so that the gases leave the channel part 1'2 with a relatively small kinetic energy. In part 9a there remains. the pressure on a constant mean value. In the parts 13 'the gas flow is accelerated again, so that an increase in the kinetic energy also takes place in these channel parts.
In the diffuser 12 ', the kinetic energy of the gases leaving section 11 is reduced again by partial conversion into pressure energy. The connection between the two cells is maintained beyond the point in time when the gas pressures in the cells are equal to one another. From this point on, kinetic energy is used to compress the gas present in the compression cell beyond the pressure prevailing in the expansion cell.
In a variant of the pressure exchanger described, a channel section corresponds to the section. 11 instead of section 9a provided. The channels 11 etc. can with respect to the end plate, e.g. B. as shown at 41 in Fig. 8, also run obliquely. In operation, each cell involved in the pressure switch is connected to a plurality of channels simultaneously.
It is also possible to arrange channels at both ends of the cell rotor.
Seals 14 (Fig.4) are provided to reduce leakage losses at the edges of the cell walls. The inlet and outlet ends of the channels can also be connected to the end plate at different radial distances.
The pressure exchanger according to FIGS. 5, 6 and. 7 has two coaxial cell rotors 15 and 16, each rotor being of approximately the same design as the rotor 1 of the example described above. The rotors 15, 16 are rotatably mounted in opposite directions in bearings 18, 19, 20, 21, which bearings are arranged in end plates 22, 2-3, 24, 25. The end plates 24, 25 are connected to one another by an intermediate piece 26. The arrows in Fig. 7 indicate the direction of rotation of the two rotors.
Pressure exchange channels 27, 2: 8 are arranged between the two rotors, which enable the flow of exchange gas from expansion cells of one rotor into compression cells of the other rotor, with the channels in the upper bend of the stator in one direction and the channels in the lower bend in the other direction are traversed by gas.
The mode of action of this diet exchanger corresponds. that of the exchanger described above, with the exception that in the two-rotor embodiment, the expansion cells of one rotor work together with the compression cells of the other rotor. This arrangement enables a simpler formation of the di-LlekaiLstausehkanäle. In Fig. 7 a channel system is shown. In which the channels with.
Consideration. are bent at their ends on the tangent.ial component of the gas velocity. At one end the channels have a convergent part and at the other end a diffuser. The mode of action of these channels is otherwise the same as was described with reference to FIGS.
The channels 27 can have a larger cross-sectional area in the low-pressure zone than in the high-pressure zone, as is indicated, for example, by the dashed lines in FIG.
In the example according to FIG. 8, 15 and 16 are cell rotors, 30, 31, 29 the high-di-tick flushing channels, 38 guide vanes for guiding the flushing flow and 39, 39 seals on the intermediate piece 26. In FIG. 8, different variants of channels are shown. 27 are channels, as shown by Fi- ,. 7 have been described; 40 are channels that are shaped so that shocks that can occur due to the circumferential speed of the cell rotors can be avoided.
The channels 41 be sitting a convergent inlet part, which runs in the direction of the speed of the rotor cells leaving the gas. They also have a diffuser 43 and a curved outlet part 42 to achieve a suitable speed component in the circumferential direction. The flushing takes place in parallel flow, with gas entering on each side, as indicated by the arrows Y, and flowing out centrally through the lines.
According to FIG. 9, the cells are formed by parts 44 running in a helical manner. These parts 44 expediently run in such a direction that the gas exiting a cell in the direction of the pressure exchange ducts has mainly a pure axial velocity, i.e. that is, the peripheral speed component is greatly reduced. The channels 45 have a curved inlet part, while the channels -k6 have a curved outlet part.
The guide vanes 38 can also be arranged in the cell rotors. or the ends of the cell partitions can have the desired curved shape.
It is of course possible to provide several approximately coaxially arranged cell rotors, with consecutive rotors rotating in opposite directions. Between each pair of adjacent rotors, certain channels can be provided for the pressure release process,
and lines can be arranged between the rotors as inlet or outlet connections with low-level and low-level flushing spaces.
In all of the embodiments described, the radial cell walls can be shaped in such a way that the gases entering or leaving the cells cause a rotary drive of the rotor or rotors.