CH344595A - Anlage mit Druckaustauscher - Google Patents

Description

  Anlage     mit        Druckaustauscher       Gegenstand der     Erfindung    ist eine Anlage mit  einem     Druckaustauscher,    dadurch gekennzeichnet,  dass dieser     Druckaustauscher    Zellen für die Ver  dichtung und Expansion von Gas, Leitungen für die  Zu- und Abführung von Gas zu     bzw.    von den Zellen  mindestens in einer     Wärmeabführstufe    und in einer  Spülstufe, Mittel zur Kühlung von Gas in der Wärme  abführstufe und Mittel zur     Herbeiführung    einer Re  lativbewegung zwischen den Zellen und den Leitungen  aufweist,

   wobei zu den Leitungen der     Wärmeabführ-          stufe    eine solche gehört, die Gas bei einem Druck  in die Zellen einführt, der niedriger ist als der Druck  des Gases, der den Zellen in der Spülstufe zugeführt  wird.  



  Beiliegende Zeichnung stellt drei Ausführungs  beispiele des Erfindungsgegenstandes dar.  



  Die     Fig.    1, 2 und 3 zeigen schematisch diese drei  Ausführungsbeispiele, wobei in jeder der     Druckaus-          tauscher    in Abwicklung dargestellt ist.  



  Im Ausführungsbeispiel nach     Fig.    1 wird atmo  sphärische Luft durch eine Leitung 2 einer Turbine 1  zugeführt, in dieser expandiert und dann durch die       Einlassleitung    3 eines     Druckaustauschers    in einer       Wärmeabführstufe    dieses letzteren den in einem  Kranz angeordneten Zellen 4     zugeführt.    Die Lei  tung 3 steht ausserhalb des Zellenringes mit einer Aus  lassleitung 5 in Verbindung, die in dieser Wärme  abführstufe Gas bei unteratmosphärischem Druck  aus den Zellen 4 aufnimmt.

   Die Leitungen 3 und 5  und die jeweils mit ihnen in     Verbindung    stehenden  Zellen 4 bilden für den     Druckaustauscher    eine Nieder  druckwärmeabführstufe, aus der Wärme durch eine  Kühlschlange 6 (die z. B. zu einem     Wärmeaustau-          scher    gehören kann) abgeführt wird. Die Kühlschlange  6 ist in der     Einlassleitung    3 im Bereich der Verbindung  dieser letzteren mit der     Auslassleitung    angeordnet.

   Die  Spülung der Zellen erfolgt durch Gas, das bei atmo-    sphärischem Druck durch eine     Spüleinlassleitung    7 zu  geführt wird, wobei das weggespülte Gas durch eine       Spülauslassleitung    8 in die Atmosphäre abfliesst. Die       Spüleinlassleitung    7 ist von der     Turbineneinlassleitung     2 abgezweigt. Die     Turbinenwelle    9 gibt an einen  Stromgenerator 10 (an dessen Stelle eine andere Ma  schine treten könnte) Nutzleistung ab. Der Kranz von  Zellen 4 ist auf einem Rotor angeordnet, und die  Leitungen 3, 7, 8, 9 sind an Öffnungen von statio  nären Stirnplatten angeschlossen, die sich beiderseits  des Zellenkranzes befinden.

   Der die Zellen aufwei  sende Rotor kann entweder durch die Turbine 1 oder  durch einen andern Motor, z. B. einen Elektromotor,  angetrieben werden.  



  In der nun folgenden Beschreibung der Arbeits  weise ist von in den Zellen wirksamen     Verdichtungs-          und    Expansionswellen die Rede. In der     Fig.    1 (und  auch den     Fig.    2 und 3) sind die Verdichtungswellen  durch volle Linien und die Expansionswellen durch  gestrichelte Linien angedeutet.  



  Atmosphärischen Druck aufweisendes Gas, z. B.  Luft, strömt in die Turbine 1 ein, wird in dieser  expandiert und dann durch die Kühlschlange 6 noch  abgekühlt, um dann in eine sich im Sinne des Pfeils  11 bewegende Zelle 4 einzutreten. Dabei entstehen  Verdichtungswellen bei korrekter Abstimmung der  Öffnung der Zelle 4 auf die Leitung 3. Das Gas in der       Zelle    wird also verdichtet und zur nächsten Leitung 7  getragen.  



  Da der Gasdruck in der Zelle immer noch unter  atmosphärisch ist, wird aus der Leitung 7 unter  atmosphärischem Druck stehendes Gas in diese Zelle  eintreten und bei korrekter Abstimmung der Öffnung  dieser Zelle werden in derselben erneut Verdichtungs  wellen wirksam sein. Der Zelleninhalt wird dabei so  stark verdichtet, dass der Enddruck den atmosphäri  schen     Druck        übersteigt.    Bei Eintreffen der Zelle bei      der Leitung 8 entstehen Expansionswellen, und ein  Teil des Zelleninhaltes fliesst durch die Leitung 8 in  die Atmosphäre ab. Die Leitungen 7 und 8 haben  als Spülleitungen gewirkt und aus der Zelle den gröss  ten Teil des Gases entfernt, das aus der Leitung 3 in  diese Zelle eingetreten ist, unter gleichzeitiger Erset  zung durch Luft aus der Leitung 7.

   Sobald die Zelle  bei der Leitung 5 eintrifft, wirken in ihr erneut Ex  pansionswellen, wobei in     ihr    der Druck bis etwas  unter den     Enddruck    der Turbine abfällt, damit das  bei 6 abgekühlte Gas in die Zelle eintreten kann.  Der Umlauf von Gas durch die Anlage treibt die  Turbine 1 an, die somit durch ihre Welle 9 Nutz  leistung abgibt.  



  Die Turbine 1 kann eine Gasturbine von     üblicher     Bauart sein; sie könnte auch zum Antrieb des     Druck-          austauscher-Zellenkranzes    herangezogen werden.  



  Anstatt in die Turbine und in die Zellen Gas,  z. B. Luft, einzuführen, das unter atmosphärischem  Druck steht, könnten die Leitungen 2 und 7 an eine  oder zwei Zwischenstufen einer Turbine angeschlos  sen sein, welcher Gas unter überatmosphärischem       Druck        zugeführt    wird; die mit 1 bezeichnete Tur  bine könnte aus einer oder mehreren Niederdruck  stufen einer solchen Turbine bestehen.  



  Zur Unterstützung der durch die     Verdichtungs-          bzw.    Expansionswellen bewirkten Verdichtung und  Expansion könnten     zusätzlich    noch     überleitungs-          kanäle    dem     Druckaustauscher    einverleibt sein.  



  Nach     Fig.    1 sind die die Mündungen der Leitun  gen 7, 8 bildenden Öffnungen der Stirnplatten in  Umfangsrichtung des Zellenringes gerade nur so viel  gegeneinander versetzt, dass sich einer Verdichtungs  welle eine Expansionswelle überlagert. Dasselbe gilt  bei den Mündungen der Leitungen 3, 5. Durch diese  Überlagerungen werden Verluste reduziert. Bei Ver  grösserung der Öffnungen wird die Spülung vollstän  diger.  



  Die Ausführungsform nach     Fig.    2 unterscheidet  sich von der eben beschriebenen nur dadurch, dass die  Mündungen der Leitungen 3, 5 und 7, 8 in Umfangs  richtung des Zellenkranzes stärker gegeneinander ver  setzt sind, so dass die Expansionswellen sich nicht  den Verdichtungswellen überlagern.  



  In den vorhin beschriebenen Beispielen kann  Wärme in die Leitungen 2 oder 7 eingeführt werden  zur Erhitzung eines Stromes von atmosphärischer Luft  oder von unteratmosphärischem Druck stehendem  Gas. Anstelle einer Kühlschlange 6 kann eine Düse  vorgesehen werden, die Wasser oder ein sonstiges       Kühlmittel        einspritzt,    und zwar in die Zellen un  mittelbar bevor dieselben mit der     Einlassleitung    in  Verbindung treten. In diesem Falle könnte die Aus  lassleitung 5 und jede äussere Kühlungseinrichtung wie  6 weggelassen werden.  



  Im Ausführungsbeispiel nach     Fig.3    läuft ein  Kranz von Zellen 4 zwischen Mündungen einer Ein  lassleitung 3 und einer     Auslassleitung    5, beide zu einer       Niederdruckwärmeabführstufe    gehörend, und zwi  schen Mündungen einer     Spüleinlassleitung    7 und einer         Spülauslassleitung    B. Der Leitung 3 strömt Abgas aus  einem speziell ausgelegten Verbrennungsmotor oder  einer Turbine bei unteratmosphärischem Druck durch  eine Leitung 12 und einem     Wärmeaustauscher    13 hin  durch zu.

   Der     Wärmeaustauscher    überträgt der durch  die     Spüleinlassleitung    fliessenden Frischluft Wärme,  wobei das durch die Leitung 12 strömende Abgas  gekühlt wird. In den Leitungen 3, 5 der Nieder  druckwärmeabführstufe ist eine Kühlschlange 6 oder  eine     Kühlwasserspritzdüse    angeordnet. Die Spülaus  lassleitung 8 ist mit der     Spüleinlassleitung    7 durch eine       Bypassleitung    14 mit einstellbarem Steuerventil 15  verbunden. Auf diese Weise kann ein gesteuerter An  teil der durch die     Spülauslassleitung    8 abströmende  Gasmenge dazu gebracht werden, erneut durch die  Spülstufe zu fliessen.

   Ein     Überleitkanal    16 (es könn  ten mehrere sein) mündet mit seinen Enden auf bei  den Seiten der     Wärmeabführstufe    aus zur Her  stellung einer Verbindung zwischen den gerade an  diesen Mündungen     vorbeiwandernden    Zellen, dies  zur Steigerung der Verdichtung und der Expan  sion von in diesen Zellen enthaltenem Gas durch  abgestimmte     Verdichtungs-    und Expansionswellen.  



  Eine detaillierte Beschreibung der Wirkungsweise  dieser dritten Ausführungsform erübrigt sich, da  diese Wirkungsweise sich von derjenigen der ersten       Ausführungsform    nur durch diese Wirkung der über  leitkanäle unterscheidet. In der Anwendung im Verein  mit einem Verbrennungsmotor hat der     Druckaustau-          scher    eine Steigerung der Nutzleistung und des Spül  wirkungsgrades des Verbrennungsmotors zur Folge.  In der Anwendung im Verein mit einer Turbine hat  der     Druckaustauscher    eine Steigerung der Turbinen  leistung zur Folge.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Anlage mit einem Druckaustauscher, dadurch ge kennzeichnet, dass dieser Druckaustauscher Zellen für die Verdichtung und Expansion von Gas, Leitun gen für die Zu- und Abführung von Gas zu bzw. von den Zellen mindestens in einer Wärmeabführstufe und in einer Spülstufe, Mittel zur Kühlung von Gas in der Wärmeabführstufe und Mittel zur Herbeiführung einer Relativbewegung zwischen den Zellen und den Leitungen aufweist, wobei zu den Leitungen der Wärmeabführstufe eine solche gehört, die Gas bei einem Druck in die Zellen einführt, der niedriger ist als der Druck des Gases,

   der den Zellen in der Spül stufe zugeführt wird. UNTERANSPRÜCHE 1. Anlage nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass zu den Leitungen der Spülstufe eine solche gehört, die den Zellen Gas bei atmosphäri schem Druck zuführt, während die besagte Zuführ- leitung der Wärmeabführstufe den Zellen Gas bei unteratmosphärischem Druck zuführt. 2. Anlage nach Unteranspruch 1, gekennzeich net durch eine Spülauslassleitung und durch eine zu sätzliche Leitung, die ausserhalb der Zellen die beiden Leitungen der Spülstufe miteinander verbindet, damit sich an der Spülung rückgeführtes Gas beteiligt. 3.

   Anlage nach Unteranspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass ein einstellbares Ventil in der zu sätzlichen Leitung eingeschaltet ist. 4. Anlage nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass ein überleitkanal zu jedem Zeitpunkt eine Zelle, die eben mit den Leitungen der Wärme abführstufe in Verbindung gestanden ist, mit einer Zelle verbindet, die im Begriff ist, mit diesen Lei tungen in Verbindung zu treten, wobei der Überleit- kanal mit einer Düse zur Einspritzung von Kühl mittel versehen ist. 5.

   Anlage nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der Druckaustauscher einen dreh baren Kranz von achsparallelen, .an den Enden offenen Zellen aufweist für die Verdichtung und die Expansion von Gas, ferner stationäre, den Zellen enden gegenüberliegende Stirnplatten mit Öffnungen zur Steuerung des Gasflusses durch die Zellen, Mittel zur Drehung des Zellenkranzes, eine an eine öff- nung einer der Stirnplatten angeschlossene Spülein- lassleitung zur Zuführung von Gas bei atmosphäri- schem Druck,

   eine an eine Öffnung der andern Stirn platte angeschlossene und in die Atmosphäre aus mündende Spülauslassleitung, eine zu einer Wärme abführstufe gehörende Gaszuführleitung, die an eine zweite Öffnung einer der Stirnplatten angeschlossen ist, zur Zuführung von Gas bei unteratmosphärischem Druck, eine zu der Wärrneabführstufe gehörende, an eine zweite Öffnung der andern Stirnplatte ange schlossene Leitung zur Abführung von Gas aus den Zellen, welch letztgenannte Leitung ausserhalb des Zellenkranzes mit der Gaszuführleitung der Wärme abführstufe in Verbindung steht,

   wobei in dieser Gas zuführleitung ein Wärmeaustauscherkühlelement an geordnet ist, und dass die Anlage ferner nebst einer W ärmekraftmaschine, deren Abgasleitung durch eine Verbindungsleitung an die Gaszuführleitung der Wärmeabführstufe des Druckaustauschers angeschlos sen ist, einen W ärmeaustauscher aufweist zum Wärme austausch zwischen dem in der Verbindungsleitung und dem in der Spüleinlassleitung des Druckaustau- schers strömenden Gas.