Verfahren zur Veränderung des Druckes eines Fluidums und Druckwandler zur Durchführung des Verfahrens Gegenstand der Erfindung ist ein. Verfahren zur Veränderung des Druckes von Fluidum unter Ver wendung eines Druckwandlers, dadurch gekennzeich net, dass man folgende Schritte in der folgenden Rei henfolge ausführt:
Einführen von unter einem Aus gangsdruck stehendem Fluidum in einem ersten Strom in Zellen des Druckwandlers, Verdichten des Fluidums in den Zellen, Ausstossen eines Teils des Fluidums in einem zweiten Strom aus den Zellen bei einem höheren Druck als dem Ausgangsdruck, Ex pandieren des in den Zellen verbliebenen Fluidums und Ausstossen eines weiteren Teils des Fluidums aus den Zellen in einem dritten Strom bei einem. Druck, der niedriger ist als der Ausgangsdruck.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Druck- wandler zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass er je wenig stens eine Mitteldruckzuleitung, eine Hochdruck- und eine Niederdruckausströmleitung aufweist, die in sol cher Reihenfolge mit einzelnen Zellen des Wandlers in Verbindung treten, dass im Betrieb die oben er wähnte Reihenfolge der Verfahrensschritte eingehal ten wird.
Ein solcher Druckwandler wird im weiteren Ver lauf der Beschreibung vielfach Druckzerteilery> ge nannt werden.
Anhand beiliegender Zeichnung, die einige Aus führungsbeispiele des erfindungsgemässen Druck- wandlers schematisch darstellt, wird auch das erfin dungsgemässe Verfahren beispielsweise erläutert.
Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht die von einander entfernten Teile eines Druckwandlers, der als einfacher Druckzerteiler verwendet wird.
Fig.2 zeigt eine Abwicklung des zugehörigen Zellenrades und der zugehörigen Leitungen. Die Fig. 3 und 4 zeigen in je einer der Fig.2 ähnlichen Abwicklung zwei Varianten der Leitungs anordnung.
Fig. 5 zeigt eine Abwicklung eines Druckwandlers, der einen mehrfachen Druckzerteiler bildet.
Fig.6 zeigt in Abwicklung einen ebensolchen Druckwandler, und Fig. 7 zeigt einen Druckwandler mit Druckzertei- ler und Druckausgleicher, welche Ströme von zu Kühlzwecken verwendbarem Gas liefern.
Der als einfacher Druckzerteiler dienende Druck wandler, der in Fig.l dargestellt ist, weist einen Zellenring 1 auf, der sich aus einer Innentrommel 8, einer Aussentrommel 9 und radialen, achsparallelen Zellenwänden 10 zusammensetzt. Dieser Zellenring mit stirnseitig offenen Zellen kann sich zwischen Sta- torplatten 11, 12 mit einer Welle, die von einem Mo tor 14 angetrieben wird, im Sinne des Pfeils X dre hen. Die Statorplatte 11 hat zwei Öffnungen 15, 16, welche je mit einer Leitung 2 bzw. 4 zusammenstim men. Die Statorplatte 12 hat eine Öffnung 17, die mit einer Leitung 3 übereinstimmt.
Ein einzelner Strom von Fluidum, .das unter Ausgangsdruck - hier zweckmässig als Mitteldruck zu bezeichnen - steht, wird durch die Leitung 2 dem Zellenring zugeführt, und wenn der Druckwandler im Betrieb steht, strömt Fluidum unter höherem als Mitteldruck durch die Leitung 3 und unter niedrigerem als Mitteldruck durch die Leitung 4 ab.
Zur Erklärung der Arbeitsweise wird auf Fig.2 Bezug genommen. (In dieser Figur wie auch in den Fig. 3 bis 6 bedeutet ein V in vollen Linien ein Paar von Druckwellen und ein V in gestrichelten Linien ein Paar von Verdünnungswellen.) Der einzelne Strom von unter mittlerem Druck eintretendem Fluidum wird dem Zellenrad durch die Mitteldruck- zufuhrleitung 2 zugeführt und erzeugt ein Druck wellenpaar.
Demzufolge wird in den Zellen Fluidum verdichtet und zu der Hochdruckabgasleitung 3 ge tragen und in dieser unter höherem als Mitteldruck ausgestossen, wobei das in den Zellen verbleibende Fluidum dank einem Paar von Expansions- oder Ver dünnungswellen expandiert. Das auch dann in den Zellen verbliebene Fluidum wird zur Niederdruck- abgasleitung 4 getragen, in die hinein es unter nied rigerem als Mitteldruck ausströmt, unter erneuter Bildung von Verdünnungswellen.
Das auch dann noch in den Zellen verbliebene Fluidum wird zur Mittel druckeinfuhrleitung 2 hingetragen, wo der Zyklus von neuem beginnt.
Als Beispiel der Druckänderung, die mit einem einfachen Druckzerteiler erzielt werden kann, werden nun für die verschiedenen Regionen<I>A, B, C, D, E</I> und F der Fig. 2 die Drücke des Arbeitsfluidums an gegeben. In der Region A, also unmittelbar bevor die Zellen mit der Leitung 2 in Verbindung treten, wird der Druck etwa 0,95 ata betragen.
In der Region B, also in der Zufuhrleitung 2, beträgt der Ausgangs druck 3 ata. Dies ist der Stagnationsdruck , an einer Stelle, die genügend weit stromaufwärts liegt, damit die Strömungsgeschwindigkeit gleich null ist. Die mittlere Eintrittsgeschwindigkeit in die Zellen ist gleich etwa 0,6facher Schallgeschwindigkeit.
In den Zellen zwischen den Leitungen 2 und 3, also in der Region C, beträgt der Druck etwa 5 ata. Der Stagna tionsdruck in der Region D der Abgasleitung be trägt etwa 4,5 ata. Das Fluidum tritt mit O,lfacher Schallgeschwindigkeit von den Zellen in die Leitung 3 über.
In den Zellen zwischen den Leitungen 3 und 4, also in der Region E, beträgt der Druck etwa 1,4 ata, und in der Niederdruckabgasleitung 4, also in der Region F, beträgt er 1 ata. Es geht aus diesen An gaben hervor, dass der Druckzerteiler zwischen den Leitungen 3 und 2 ein Druckverhältnis von ungefähr 1,5:1 und zwischen den Leitungen 2 und 4 ein Druck verhältnis von ungefähr 3:
1 herstellt, und dass bei Speisung des Druckzerteilers durch die Leitung 2 mit einem schnellströmenden Mitteldruckgas ein Hoch druckfluidum mit relativ geringer Geschwindigkeit aus der Leitung 3 ausströmt.
Die Leitungen 2, 3, 4 können so nahe beieinander angeordnet werden, dass die Druck- und die Ver dünnungswellen sich überlagern, um eine einzige Welle von geringerer Stärke als derjenigen der ur sprünglichen Wellen zu bilden. Eine derartige Anord nung ist in Fig. 3 gezeigt.
Eine andere Anordnung der Leitungen in einem einfachen Druckzerteiler zeigt Fig. 4. Hier liegen die Mündungen der Einführleitungen <I>2a, 2b, 2c, 2d,</I> der Hochdruckleitungen 3a,<I>3b, 3c,</I> 3d und der Nieder druckleitungen<I>4a, 4b, 4c, 4d</I> so nahe beieinander,
dass die Druck- und die Verdünnungswellen sich zu Einzelwellen überlagern wie in der Ausführung nach Fig.3. Die Ausführung nach Fig.4 bietet den Vor teil einer maximalen Ausnützung der Statorplatten- flächen. Die gleichartigen Leitungen der eben beschriebe nen Ausführungsform können ausserhalb des Zellen ringes miteinander verbunden sein, zum Beispiel wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Hier wird ein Mitteldruck fluidumsstrom dem Druckwandler durch die Lei tung 5 zugeführt, die drei Äste<I>2a, 2b, 2c</I> hat.
In der Nähe der Ausmündung jedes dieser Äste befinden sich Einmündungen von Ästen 3a, 3b bzw. 3c einer Hochdruckleitung und solche von Ästen 4a, 4b bzw. 4c einer Niederdruckleitung. Diese Astgruppen bilden drei der mit Bezug auf Fig.3 beschriebenen ein fachen Druckzerteiler. Die Mündungen könnten aber auch weiter voneinander weg liegen, um Gruppen von Druckzerteilern gemäss Fig.2 zu bilden. Die Hockdruckäste vereinigen sich zu einer Leitung 6, die eine Mitteldruckeinführleitung eines letzten Druckzerteilers bildet.
Dieser letztere hat eine Hoch druckabgasleitung 3d und eine Niederdruckabgas- leitung 4d. Die Leitung 3d wird demgemäss mit Gas gespiesen, das vorhin durch die drei parallel geschal teten Druckzerteiler vorverdichtet wurde. Deshalb ist der Druck in der Hochdruckabgasleitung 3d be trächtlich höher als der Ausgangsdruck in der Lei tung 5, da das Fluidum in jedem der ersten drei Druckzerteiler und dann noch im letzten Druck zerteiler verdichtet wurde.
Ferner wurde der Fluidums druck erhöht, weil Fluidum von jeder der Hochdruck abgasleitungen 3a,<I>3b,</I> 3c gesamthaft durch die ge meinsame Leitung 6 strömt. Die Strömungsgeschwin digkeit in dieser Leitung 6 ist deshalb ungefähr drei mal so gross wie diejenige in jeder der Leitungen 3a, <I>3b, 3c,</I> und aus diesem Grunde ist die Druckwelle im letzten Druckzerteiler viel grösser und dementspre chend auch der Fluidumsdruck in der Leitung 3d.
Die Niederdruckabgasleitungen <I>4a, 4b,</I> 4c und 4d können zu einer einzigen zusammenlaufen.
Anstatt der vier in Fig. 5 gezeigten Druckzerteiler könnte eine andere Anzahl derselben zusammen geschlossen sein.
In der Ausführung nach Fig. 6 finden zur Erzeu gung eines hohen Gasdruckes mehrere Zellenringe Anwendung, die durch Leitungen so miteinander ver bunden sind, dass diese mit jedem Zellenring einen Druckzerteiler bilden. Die Zellenringe sind mit<I>l a,</I> 1 b und 1 c bezeichnet, die Mitteldruckzuführleitungen mit<I>2a, 2b, 2c,</I> die Hochdruckabgasleitungen mit 3a, 3b, 3c und die Niederdruckabgasleitungen mit 4a, <I>4b,</I> 4c. Die Leitung 3a geht in die Leitung<I>2b</I> über, die Leitung 3b in die Leitung 2c. Die drei Druck zerteiler sind somit gleichsam in Serie geschaltet , mit einem Druckanstieg von einem zum andern, also recht hohem Druck in 3c.
Man sieht, dass die Dimen sionen von einem Druckzerteiler zum nächsten ab nehmen, was dazu dient, das Druckgas zu beschleuni gen, bevor es in den nächsten Zellenring eintritt. Man könnte aber für die einzelnen Druckzerteiler die glei chen Dimensionen wählen; die Geschwindigkeit würde dann von einem Zerteiler zum nächsten ab nehmen. Man könnte auch eine Ausführungsart nach Fig.5 mit einer solchen nach Fig.6 kombinieren, wobei zwei oder mehr, nach Fig. 5 parallel geschal tete Druckzerteiler gemeinsam einen oder mehrere Druckwandler mit einem zweiten Zellenrad beliefern würden usw.
Auf diese Weise könnten noch höhere Enddrücke erzielt werden.
Bis anhin wurden die Druckwandler nach den Fig. 1 und 2 Druckzerteiler genannt. Das gleiche ge schah in bezug auf die Fig. 3 bis 6. Diese Druckwand- ler können aber auch als Temperaturzerteiler an gesehen werden, weil, allgemein gesagt, der aus der Leitung 3 ausströmende Hochdruckgasstrom und der aus der Leitung 4 ausströmende Niederdruckgasstrom auch heisser bzw.
kühler sein werden als der durch die Leitung 2 eintretende Mitteldruckgasstrom. Bei sorgfältiger Isolierung können somit die Ausführungs arten nach den Fig. 5 und 6 zur Erzeugung eines sehr heissen Gasstromes verwendet werden. Diese Druck- wandler können somit sehr wohl in Wärmepumpen prozessen angewendet werden, wobei dann dem heisseren Strom Wärme entzogen werden kann. Eine andere Anwendungsmöglichkeit besteht bei der Gas verflüssigung. In diesem Fall kann der Druck- bzw. Temperaturzerteiler als Mittel zur Entziehung von Wärme aus dem in die Leitung 2 eintretenden Strom betrachtet werden.
Die Anwendung eines Druck- bzw. Temperatur zerteilers als Kühl- oder Gefriermaschine ist beson ders denkbar für Luftfahrzeuge. Obwohl letztere normalerweise sich in kühler Umgebung befinden, erreichen sie rasch die Stagnationstemperatur
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worin<I>T</I> die Lufttemperatur,<I>V</I> die Fluggeschwin digkeit und C@, die spezifische Wärme der Luft bei konstantem Druck bedeutet. Bei Überschall geschwindigkeiten wird die Stagnationstemperatur ganz unangenehm hoch. Ein Abkühlen des Flugzeu ges wird dann schwierig, weil Wärmeaustauschflächen im Flugzeug arbeiten, wie wenn sie mit einem Me dium in Berührung ständen, dessen Temperatur T" betrüge, obwohl die Umgebungstemperatur nur T beträgt.
Es ist deshalb zur Abkühlung irgendeines Teils unter die Temperatur T" notwendig, einen Wärmepumpenprozess durchzuführen, und dazu eig net sich einer der oben beschriebenen Druckwandler recht gut.
Bei Verwendung eines einfachen Druckzerteilers kann man angestaute Luft ( ram air) bei Stagnations temperatur durch die Mitteldruckeinführungsleitung 2 einführen (Fig.2 und 3). Die durch die Leitung 4 strömende Luft hat auf Luft gewirkt, welche durch die Leitung 3 ausströmt; erstere ist also kühl, letztere hingegen heiss.
Ist die Strömung isentropisch und die Geschwindigkeit der Niederdruckluft klein, so wird die Temperatur dieser letzteren gleich der Aussenluft temperatur T sein und diese Niederdruckluft bildet eine Wärmesenke, zu welcher Wärme aus der Ka- bine oder aus sonst einem Teil abgeführt werden kann. Die Hochdruckluft kann durch Düsen aus gestossen werden zwecks Erzielung eines Rückstosses, oder sie kann zu Heizzwecken verwendet werden.
Eine Variante des einfachen Druckzerteilers bestünde darin, dass man die angestaute Luft oder Mitteldruck luft über den ganzen Umfang des Zellenringes verteilt auf einer Seite derselben in die Zellen eintreten liesse und auf der andern Seite abwechslungsweise Nieder- und Hochd'ruckabgaskanäle anordnen würde.
Fig.7 zeigt einen Druckwandler, der sich beson ders zur Luftfahrzeugkühlung eignet. Dieser Wandler hat einen ersten Zellenring 20 und einen zweiten Zellenring 25. Angestaute Luft wird dem Zellen ring 20 durch die Mitteldruckleitung 21 zugeführt, die auf einer Seite des Zellenringes 20 ausmündet. An die andere Seite dieses letzteren schliessen ab wechslungsweise Hochdruckabgasleitungen 22 und Niederdruckabgasleitungen 23 an. Man hat es hier mit einem Druck- oder Temperaturzerteiler zu tun.
Die Niederdruckleitungen 23 sind durch Kühlschlan gen 24 mit der einen Seite des zweiten Zellenringes 25 verbunden. Die- Hochdruckleitungen 22 sind direkt an die gleiche Seite des Zellenringes 25 angeschlos sen und wechseln mit den Enden der Leitungen 23 am Umfang des Zellenringes 25 ab. Die andere Seite dieses letzteren mündet an der Stelle 26 auf die Atmo sphäre aus. Der Zellenring 25 nimmt durch 22 Heiss luftströme auf und durch 23 Niederdruckluftströme und stösst Luft in einem Strom bei einem Zwischen druck aus. Hier hat man es also mit einer Umkehrung eines Druckzerteilers, also mit einem Druckausglei cher, zu tun.
Die Kühlschlangen 24 können im Ge rippe des Flugzeuges und/oder in den Kabinenwän den angeordnet sein.
Der Ausdruck Fluidum soll sowohl Gase, Flüssigkeiten und Mischungen dieser beiden umfas sen. In letzterem Fall kann die Ausbildung des oder der Zellenringe so getroffen sein, dass das Gas auf dem hohen Druck und die Flüssigkeit bei niedrigem Druck ausgestossen wird oder umgekehrt.
In den obigen Ausführungsbeispielen von Druck zerteilern werden die Verdichtungen und Expansio nen durch Druck- bzw. Verdünnungswellen erzielt; es können aber auch überleitungskanäle Anwendung finden. Ausserdem könnten anstelle der Zellenringe die Leitungskomplexe drehen. Die Leitungen könnten in der Nähe der Zellenringe im Sinne deren Relativ drehung geneigt sein.
A method for changing the pressure of a fluid and a pressure transducer for carrying out the method. Method for changing the pressure of fluid using a pressure transducer, characterized in that the following steps are carried out in the following order:
Introducing fluid under an initial pressure in a first stream into cells of the pressure transducer, compressing the fluid in the cells, expelling part of the fluid in a second stream from the cells at a pressure higher than the initial pressure, expanding the in the cells remaining fluid and expelling a further portion of the fluid from the cells in a third stream at one. Pressure that is lower than the outlet pressure.
The invention also relates to a pressure transducer for carrying out the method according to the invention, characterized in that it has at least one medium-pressure supply line, one high-pressure and one low-pressure outflow line which connect to individual cells of the transducer in such a sequence that in Operation the sequence of procedural steps mentioned above is adhered to.
Such a pressure transducer will often be referred to as Druckzteilery> ge in the further course of the description.
The method according to the invention is also explained, for example, on the basis of the accompanying drawing, which schematically shows some exemplary embodiments of the pressure transducer according to the invention.
Fig. 1 shows in a perspective view the parts of a pressure transducer which are removed from one another and which is used as a simple pressure divider.
2 shows a development of the associated cellular wheel and the associated lines. 3 and 4 show two variants of the line arrangement, each in a development similar to that of FIG.
Fig. 5 shows a development of a pressure transducer which forms a multiple pressure divider.
FIG. 6 shows a development of such a pressure transducer, and FIG. 7 shows a pressure transducer with pressure divider and pressure equalizer, which supply flows of gas that can be used for cooling purposes.
The pressure transducer serving as a simple pressure splitter, which is shown in Fig.l, has a cell ring 1, which is composed of an inner drum 8, an outer drum 9 and radial, axially parallel cell walls 10. This cell ring with cells open at the end can rotate between stator plates 11, 12 with a shaft that is driven by a motor 14 in the direction of arrow X. The stator plate 11 has two openings 15, 16, which men togetherstim each with a line 2 and 4, respectively. The stator plate 12 has an opening 17 which corresponds to a line 3.
A single stream of fluid, which is at outlet pressure - here conveniently referred to as medium pressure - is fed through line 2 to the cell ring, and when the pressure transducer is in operation, fluid flows through line 3 under higher than medium pressure and at a lower level as medium pressure through line 4.
Reference is made to FIG. 2 to explain the mode of operation. (In this figure, as well as in Figs. 3 to 6, a V in full lines indicates a pair of pressure waves and a V in dashed lines indicates a pair of dilution waves.) The single stream of medium pressure entering fluid is fed to the rotary valve by the medium pressure - Feed line 2 supplied and generates a pressure wave pair.
Accordingly, fluid is compressed in the cells and wear ge to the high pressure exhaust line 3 and expelled in this under higher than medium pressure, the fluid remaining in the cells expanded thanks to a pair of expansion or United thinning waves. The fluid remaining in the cells is carried to the low-pressure exhaust gas line 4, into which it flows out under lower than medium pressure, with renewed formation of dilution waves.
The fluid still remaining in the cells is carried to the medium pressure inlet line 2, where the cycle begins again.
As an example of the pressure change that can be achieved with a simple pressure divider, the pressures of the working fluid are now given for the various regions A, B, C, D, E and F of FIG. In region A, i.e. immediately before the cells come into contact with line 2, the pressure will be approximately 0.95 ata.
In region B, that is in the supply line 2, the output pressure is 3 ata. This is the stagnation pressure, at a point sufficiently upstream that the flow velocity is zero. The mean speed of entry into the cells is approximately 0.6 times the speed of sound.
In the cells between lines 2 and 3, i.e. in region C, the pressure is about 5 ata. The stagnation pressure in region D of the exhaust pipe is about 4.5 ata. The fluid passes from the cells into line 3 at 0.1 times the speed of sound.
In the cells between lines 3 and 4, that is to say in region E, the pressure is approximately 1.4 ata, and in the low-pressure exhaust gas line 4, that is to say in region F, it is 1 ata. It can be seen from these details that the pressure divider between lines 3 and 2 has a pressure ratio of approximately 1.5: 1 and between lines 2 and 4 a pressure ratio of approximately 3:
1, and that when the pressure divider is fed through line 2 with a fast-flowing medium-pressure gas, a high-pressure fluid flows out of line 3 at a relatively low speed.
The lines 2, 3, 4 can be arranged so close together that the pressure and the United thinning waves superimpose to form a single wave of less strength than that of the original waves. Such an arrangement is shown in FIG.
Another arrangement of the lines in a simple pressure divider is shown in FIG. 4. Here are the openings of the inlet lines <I> 2a, 2b, 2c, 2d, </I> of the high pressure lines 3a, <I> 3b, 3c, </I> 3d and the low pressure lines <I> 4a, 4b, 4c, 4d </I> so close together,
that the pressure waves and the thinning waves overlap to form individual waves as in the embodiment according to Fig. 3. The embodiment according to FIG. 4 offers the advantage of maximum utilization of the stator plate surfaces. The similar lines of the embodiment just described can be connected to one another outside the cell ring, for example as shown in FIG. Here, a medium pressure fluid circulation is fed to the pressure transducer through the line 5, which has three branches <I> 2a, 2b, 2c </I>.
In the vicinity of the mouth of each of these branches there are confluences of branches 3a, 3b and 3c of a high pressure line and those of branches 4a, 4b and 4c of a low pressure line. These branch groups form three of the simple pressure splitters described with reference to FIG. The mouths could, however, also lie further away from one another in order to form groups of pressure dividers according to FIG. The high pressure branches combine to form a line 6 which forms a medium pressure introduction line of a last pressure splitter.
The latter has a high-pressure exhaust line 3d and a low-pressure exhaust line 4d. Line 3d is accordingly fed with gas that was previously pre-compressed by the three pressure splitters connected in parallel. Therefore, the pressure in the high-pressure exhaust line 3d is considerably higher than the output pressure in the line 5, since the fluid was compressed in each of the first three pressure splitters and then in the last pressure splitter.
Furthermore, the fluid pressure was increased because fluid from each of the high pressure exhaust gas lines 3 a, 3 b, 3 c flows in its entirety through the common line 6. The flow velocity in this line 6 is therefore about three times as great as that in each of the lines 3a, <I> 3b, 3c, </I> and for this reason the pressure wave in the last pressure splitter is much greater and accordingly also the Fluid pressure in the pipe 3d.
The low-pressure exhaust lines <I> 4a, 4b, </I> 4c and 4d can merge into a single one.
Instead of the four pressure dividers shown in Fig. 5, a different number of these could be closed together.
In the embodiment according to FIG. 6, a plurality of cell rings are used to generate a high gas pressure and are connected to one another by lines so that they form a pressure splitter with each cell ring. The cell rings are labeled <I> la, </I> 1b and 1c, the medium pressure supply lines with <I> 2a, 2b, 2c, </I> the high pressure exhaust lines with 3a, 3b, 3c and the low pressure exhaust lines with 4a, <I> 4b, </I> 4c. The line 3a merges into the line <I> 2b </I>, the line 3b into the line 2c. The three pressure splitters are thus connected in series, as it were, with a pressure increase from one to the other, that is to say a very high pressure in 3c.
You can see that the dimensions decrease from one pressure splitter to the next, which is used to accelerate the pressure gas before it enters the next cell ring. But you could choose the same dimensions for the individual pressure divider; the speed would then decrease from one slitter to the next. One could also combine an embodiment according to FIG. 5 with one according to FIG. 6, two or more pressure dividers connected in parallel according to FIG. 5 would jointly supply one or more pressure transducers with a second cellular wheel, etc.
In this way, even higher final pressures could be achieved.
Up to now the pressure transducers according to FIGS. 1 and 2 have been called pressure splitters. The same ge happened with respect to FIGS. 3 to 6. These pressure transducers can also be seen as temperature dividers because, generally speaking, the high-pressure gas stream flowing out of line 3 and the low-pressure gas stream flowing out of line 4 are also hot or hotter .
will be cooler than the medium pressure gas stream entering through line 2. With careful isolation, the types of execution according to FIGS. 5 and 6 can thus be used to generate a very hot gas stream. These pressure converters can therefore very well be used in heat pump processes, where heat can then be extracted from the hotter electricity. Another possible application is gas liquefaction. In this case, the pressure or temperature divider can be viewed as a means of extracting heat from the stream entering line 2.
The use of a pressure or temperature divider as a refrigerator or freezer is particularly conceivable for aircraft. Although the latter are usually in a cool environment, they quickly reach stagnant temperatures
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where <I> T </I> is the air temperature, <I> V </I> is the flight speed and C @, the specific heat of the air at constant pressure. At supersonic speeds, the stagnation temperature becomes uncomfortably high. A cooling of the Flugzeu sat is difficult because heat exchange surfaces work in the aircraft as if they were in contact with a medium whose temperature would be T ", although the ambient temperature is only T.
It is therefore necessary to carry out a heat pump process in order to cool any part below the temperature T ", and one of the pressure transducers described above is suitable for this purpose.
When using a simple pressure divider, accumulated air (ram air) can be introduced through the medium pressure inlet line 2 at stagnation temperature (FIGS. 2 and 3). The air flowing through line 4 has acted on air flowing out through line 3; the former is therefore cool, while the latter is hot.
If the flow is isentropic and the speed of the low-pressure air is small, the temperature of the latter will be equal to the outside air temperature T and this low-pressure air forms a heat sink, to which heat can be dissipated from the cabin or from another part. The high pressure air can be ejected through nozzles for recoil, or it can be used for heating purposes.
A variant of the simple pressure divider would consist in letting the accumulated air or medium pressure air spread over the entire circumference of the cell ring enter the cells on one side and alternating low and high pressure exhaust ducts on the other side.
Fig.7 shows a pressure transducer which is particularly suitable for aircraft cooling. This converter has a first cell ring 20 and a second cell ring 25. Dammed air is fed to the cell ring 20 through the medium-pressure line 21 which opens out on one side of the cell ring 20. On the other side of the latter, high-pressure exhaust gas lines 22 and low-pressure exhaust gas lines 23 connect alternately. You are dealing here with a pressure or temperature divider.
The low-pressure lines 23 are connected to one side of the second cell ring 25 by cooling tubes 24. The high-pressure lines 22 are ruled out directly to the same side of the cell ring 25 and alternate with the ends of the lines 23 on the circumference of the cell ring 25. The other side of the latter opens out at point 26 on the atmosphere. The cell ring 25 absorbs hot air flows through 22 and low pressure air flows through 23 and expels air in a flow at an intermediate pressure. So here you have to do with a reversal of a pressure divider, i.e. with a pressure equalizer.
The cooling coils 24 can be arranged in the rib of the aircraft and / or in the cabin walls.
The term fluid is intended to encompass gases, liquids and mixtures of the two. In the latter case, the formation of the cell ring or rings can be such that the gas is expelled at high pressure and the liquid is expelled at low pressure, or vice versa.
In the above embodiments of pressure split the compressions and expansions are achieved by pressure waves and thinning waves; however, transfer channels can also be used. In addition, the line complexes could rotate instead of the cell rings. The lines could be inclined in the vicinity of the cell rings in terms of their relative rotation.