CH342414A - Method for changing the pressure of a fluid and pressure transducer for carrying out the method - Google Patents

Method for changing the pressure of a fluid and pressure transducer for carrying out the method

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CH342414A
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pressure
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Inventor
Brian Spalding Dudley
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Brian Spalding Dudley
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04FPUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F13/00Pressure exchangers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

  

  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  
EMI0003.0021     
    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
EMI0003.0021
    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.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH I Verfahren zur Veränderung des Druckes von Fluidum unter Verwendung eines Druckwandlers, dadurch gekennzeichnet, dass man folgende Schritte in der folgenden Reihenfolge ausführt: PATENT CLAIM I A method for changing the pressure of fluid using a pressure transducer, characterized in that the following steps are carried out in the following order: Einführen von unter einem Ausgangsdruck 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 Aus- gangsdruck, Expandieren des in den Zellen verblie benen Fluidums und Ausstossen eines weiteren Teils des Fluidums aus den Zellen in einem dritten Strom bei einem Druck, der niedriger ist als der Ausgangs druck. 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 a pressure which is lower than the initial pressure. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass einer der vorgenannten, aus ersten Zellen ausgestossenen Fluidumsströme in andere Zellen des Druckaustauschers wieder ein geführt wird, als erster Strom in bezug für diese an dern Zellen, welche Einführung gefolgt wird durch zyklisch wiederholte Schritte ähnlich wie für die ersten Zellen. 2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass der wieder in Zellen eingeführte Strom der genannte zweite Strom ist. 3. SUBClaims 1. The method according to claim I, characterized in that one of the aforementioned fluid flows expelled from the first cells is reintroduced into other cells of the pressure exchanger as the first flow with respect to these other cells, which introduction is followed by being cyclically repeated Steps similar to those for the first cells. 2. The method according to dependent claim 1, characterized in that the stream reintroduced into cells is said second stream. 3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Verdichten und Expandieren so erfolgt, dass die bei hohem bzw. niedrigem Druck ausgestossenen Ströme heisser bzw. kühler sind als der eingeführte Strom. 4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass das Verdichten und das Expandie ren bewerkstelligt werden durch Hervorrufen von Druck- bzw. Verdünnungswellen bei der Öffnung und Schliessung der Zellen. Method according to patent claim 1, characterized in that the compression and expansion takes place in such a way that the currents ejected at high or low pressure are hotter or cooler than the current introduced. 4. The method according to claim I, characterized in that the compression and the Expandie Ren are accomplished by causing pressure or dilution waves during the opening and closing of the cells. PATENTANSPRUCH 1I Druckwandler zur Ausübung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass er je wenigstens eine Mitteldruckzuleitung, eine Hoch druck- und eine Niederdruckausströmleitung aufweist, die in solcher Reihenfolge mit einzelnen Zellen des Wandlers in Verbindung treten, dass im Betrieb die erwähnte Reihenfolge der Verfahrensschritte ein gehalten wird. UNTERANSPRÜCHE 5. PATENT CLAIM 1I Pressure transducer for performing the method according to claim I, characterized in that it has at least one medium-pressure supply line, one high-pressure and one low-pressure outflow line, which come into contact with individual cells of the converter in such an order that the mentioned order of the Procedural steps is adhered to. SUBCLAIMS 5. Druckwandler nach Patentanspruch II, gekenn zeichnet durch mindestens zwei Gruppen von Zellen für das Verdichten und Expandieren von Fluidum, durch jeder Gruppe zugeordnete Zu- und Abström- leitungen und durch Mittel zum Bewegen der Zellen bezüglich zu den Leitungen in der Weise, dass jede Zelle jeder Zellengruppe nacheinander mit jeder der dieser letzteren zugeordneten Leitungen in Verbin dung tritt, zu welchen eine von jeder Zelle zuerst erreichte Hochdruckausströmleitung und eine von dieser Zelle erst nachher erreichte Niederdruckaus- strömleitung gehört, Pressure transducer according to claim II, characterized by at least two groups of cells for the compression and expansion of fluid, by inflow and outflow lines assigned to each group and by means for moving the cells with respect to the lines in such a way that each cell each Cell group successively connects to each of the lines assigned to the latter, to which a high-pressure discharge line first reached by each cell and a low-pressure discharge line reached by this cell only afterwards belong, und ferner gekennzeichnet durch eine Verbindung zwischen einer der Ausströmleitun- gen der einen Gruppe und der Mitteldruckzuführ- leitung der andern oder einer andern Gruppe. 6. Druckwandler nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass -die Zellen eine neben der andern in mindestens einem Zellenring angeordnet sind und sich in Axial- und in Umfangsrichtung dieses Zellen ringes erstrecken. 7. and further characterized by a connection between one of the outflow lines of one group and the medium-pressure supply line of the other or another group. 6. Pressure transducer according to claim 1I, characterized in that -the cells are arranged one next to the other in at least one cell ring and extend in the axial and circumferential direction of this cell ring. 7th Druckwandler nach den Unteransprüchen 5 und 6, mit mindestens drei Zellengruppen, .dadurch gekennzeichnet, dass die Mitteldruckzufuhrleitung einer der Gruppen mit den Hochdruckausströmleitun- gen aller andern Gruppen verbunden ist, deren Mittel druckzuführleitungen von einer gemeinsamen Speise leitung gespiesen werden (Fig. 5). B. Druckwandler nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungen der Leitungen in Richtung der Relativbewegung der Zellen bezüg lich zu ihnen so nahe beieinander angeordnet sind, dass die Druck- und die Verdünnungswellen sich überlagern. 9. Pressure transducer according to dependent claims 5 and 6, with at least three cell groups,. Characterized in that the medium pressure supply line of one of the groups is connected to the high pressure discharge lines of all other groups, the medium pressure supply lines are fed by a common supply line (Fig. 5). B. Pressure transducer according to claim 1I, characterized in that the mouths of the lines in the direction of the relative movement of the cells are so close together with respect to them that the pressure and the dilution waves are superimposed. 9. Druckwandler nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kaltströmungsweg einer Wärmeaustauschvorrichtung mit einer Niederdruck- ausströmleitung verbunden ist, wodurch das durch strömende Niederdruckfluidum in der Wärmeaus tauschvorrichtung als Kühlmittel wirkt. 10. Pressure transducer according to claim II, characterized in that a cold flow path of a heat exchange device is connected to a low pressure outflow line, whereby the low pressure fluid flowing through the heat exchange device acts as a coolant. 10. Druckwandler nach Patentanspruch II, ge kennzeichnet durch eine erste und eine zweite Zellen gruppe, eine Mitteldruckzuführleitung zur Einführung von Fluidum mit einem Ausgangsdruck in die Zellen der ersten Gruppe, eine Hochdruckleitung zur Ver bindung der Zellen der ersten Gruppe mit jenen der zweiten Gruppe und entsprechenden Überführung von Fluidum bei höherem Druck als Ausgangsdruck von den Zellen der ersten Gruppe in diejenigen der zweiten Gruppe, Pressure transducer according to claim II, characterized by a first and a second group of cells, a medium pressure supply line for introducing fluid with an outlet pressure into the cells of the first group, a high pressure line for connecting the cells of the first group with those of the second group and corresponding transfer of fluid at a higher pressure than the initial pressure from the cells of the first group to those of the second group, eine Niederdruckleitung zum Ent ziehen von Fluidum aus Zellen der ersten Gruppe bei niedrigerem als Ausgangsdruck und Überführung dieses Fluidums in Zellen der zweiten Gruppe, Mittel zum Entziehen von Fluidum aus den Zellen der zwei ten Gruppe bei einem Druck, der zwischen den vor genannten niedrigeren und höheren Drücken liegt, eine Wärmeaustauschvorrichtung, in welcher die Niederdruckleitung den kalten Strömungsweg bildet und durch Mittel zum Bewegen jeder Zellengruppe in bezug auf die Leitungen. a low-pressure line for withdrawing fluid from cells of the first group at a lower than initial pressure and transferring this fluid into cells of the second group, means for withdrawing fluid from the cells of the second group at a pressure between the aforementioned lower and higher Pressing, a heat exchange device in which the low pressure line forms the cold flow path and by means for moving each group of cells with respect to the lines.
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