DE1050019B

DE1050019B -

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Publication number: DE1050019B
Application number: DE1952J0005857
Authority: DE
Priority date: 1951-05-16
Filing date: 1952-05-14
Publication date: 1959-02-05
Also published as: US2852915A; CH301912A; DK78361C

Description

Die Erfindung betrifft Druckaustauscher mit einem Zellenring, in welchem Gas verdichtet und entspannt wird, mit Niederdruckspülstutzen, welche das Gas von und nach den Zellen leiten, und mit Ubertragungsdurchlässen, welche die vor der Niederdruckspülzone gelegenen Zellen mit den dahintergelegenen verbinden, wobei entweder der Zellenring drehbar und die Stutzen und Übertragungsdurchlässe fest oder der Zellenring fest und die Stutzen und Übertragungsdurchlässe drehbar angeordnet sind.The invention relates to pressure exchangers with a cell ring in which gas is compressed and expanded with low-pressure flushing nozzles, which direct the gas to and from the cells, and with transmission passages, which connect the cells in front of the low-pressure rinsing zone with those behind it, wherein either the cell ring is rotatable and the stubs and transfer passages are fixed or the cell ring fixed and the nozzle and transmission passages are rotatably arranged.

Bei den bekannten Druckaustauschern dieser Art war es erforderlich, für das Spülen der Zellen bei Niederdruck mechanische Fördereinrichtungen, wie beispielsweise Gebläse oder Windräder, in der Niederdruckspülleitung vorzusehen, um den erforderlichen Gasstrom zu erzeugen, wobei unter »Spülen« der Auslaß und der wenigstens teilweise Ersatz des Gasgehaltes einer ZelJe zu \^rerstehen ist. Das Auslassen und das Ersetzen des Gases können sich dabei so abspielen, daß ein kontinuierlicher Gasstrom durch die einzelnen Zellen hindurchbewegt wird.In the known pressure exchangers of this type, it was necessary to provide mechanical conveying devices, such as blowers or wind turbines, in the low-pressure flushing line for flushing the cells at low pressure in order to generate the required gas flow, whereby under "flushing" the outlet and the at least partial replacement the gas content of a želje is to buy \ ^r. The discharge and replacement of the gas can take place in such a way that a continuous gas flow is moved through the individual cells.

Ein Hauptzweck der vorliegenden Erfindung ist es, die Niederdruckspülanordnung und den Wirkungsgrad der Druckaustauscher zu verbessern. Dieses wird gemäß der Erfindung in erster Linie dadurch erreicht, daß ein weiterer Stutzen, welcher Gas von einer Fremdgaslieferquelle her zuführt, mit den Zellen zwischen den Einlässen und Auslässen der Übertragungsdurchlässe so in Verbindung steht, daß Gas mit höherem Druck als dem Niederdruckspülzonendruck zugeführt wird, wobei die Zellen, wenn sie mit dem weiteren Durchlaß in Verbindung stehen, sonst effektiv abgeschlossen sind, worunter der strömungstechnische, kein Gas mehr durchlassende Abschluß im Gegensatz zum geometrischen Abschluß zu verstehen ist, der mit dem effektiven Abschluß nicht immer übereinzustimmen braucht.A primary purpose of the present invention is to improve the low pressure purge assembly and efficiency to improve the pressure exchanger. According to the invention, this is primarily achieved by that another nozzle, which supplies gas from a foreign gas supply source, with the cells between communicates with the inlets and outlets of the transfer passages so that gas is communicated with higher pressure than the low pressure flushing zone pressure, the cells, if they are with the are connected to another passage, otherwise they are effectively closed, including the fluidic, no more gas permeable closure is to be understood in contrast to the geometrical closure, the one with does not always have to agree with the effective conclusion.

Eine Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens kann noch dann bestellen, daß der weitere Stutzen so angeordnet ist, daß er unmittelbar vor Erreichen der Lageübereinstimmung oder Wirkverbindung einer Zelle mit den Niederdruckspülleitungen mit dieser Zelle in Wirkverbindung oder Lageübereinstimmung kommt oder daß der weitere Stutzen so angeordnet ist, daß er unmittelbar nach Entstehen der Wirkverbindung einer Zelle mit dem Niederdruckspülstutzen mit dieser Zelle in Wirkverbindung treten kann.A further development of the inventive idea can still order that the further nozzle so is arranged that he immediately before reaching the position match or operative connection a Cell with the low-pressure flushing lines with this cell in operative connection or position matching comes or that the further connecting piece is arranged so that it is immediately after the operative connection has been established a cell with the low-pressure flushing connection can come into operative connection with this cell.

Ein anderes Merkmal der Erfindung wird noch darin gesehen, daß bei Druckaustauschern mit drehbarem Zellenring und mit Hochdruckspülstutzen, um Gas von und nach den Zellen einer Hochdruckspülzone zu leiten, eine zusätzliche Leitung angeordnet ist, welche die Hochdruckspülzone mit der vorerwähnten weiteren Leitung verbindet und dadurch eine Fremdgas-Druckaustauscher Another feature of the invention is seen in the fact that in pressure exchangers with rotatable Cell ring and with high-pressure flushing connection to supply gas to and from the cells of a high-pressure flushing zone guide, an additional line is arranged, which the high pressure flushing zone with the aforementioned further Line connects and thereby a foreign gas pressure exchanger

Anmelder:Applicant:

Jendrassik Developments Limited,
LondonJendrassik Developments Limited,
London

Vertreter Dipl.-Ing. Ε. Schubert, Patentanwalt, Siegen (Westf.), Or'anienstr. 14Representative Dipl.-Ing. Ε. Schubert, patent attorney, Siegen (Westphalia), Or'anienstr. 14th

Beanspruchte. Priorität: Großbritannien vom 16. Mai 1951Claimed. Priority: Great Britain 16 May 1951

George Jendrassik f, London, ist als Erfinder genannt wordenGeorge Jendrassik f, London, has been named as the inventor

lieferquelle bilden kann. Dabei sind ebenfalls gemäß einem Erfindungsvorschlag in der zusätzlichen Leitung Mittel zur arbeitleistenden Expansion und/oder Mittel zur Entspannung ohne Arbeitsleistung vorgesehen. .source of supply can form. In this case, according to an inventive proposal, means for work-performing expansion and / or means for relaxation without work are also provided in the additional line. .

Eine bauliche Weiterbildung eines erfindungsgemäß eingerichteten Dreh-Druck-Austauschers besteht noch darin, daß der vorerwähnte weitere Stutzen in Doppelausführung vorgesehen wird, wobei diese beiden Leitungen .nebeneinanderliegen und so angeordnet sind, daß sie jeder Zelle nacheinander Gas bei zwei unterschiedlichen, in der relativen Drehrichtung zunehmenden Druckhöhen zugeführt werden können.A structural development of a rotary pressure exchanger set up according to the invention still exists in that the aforementioned further nozzle is provided in duplicate, these two Lines are next to each other and are arranged in such a way that they gas each cell in succession at two different, in the relative direction of rotation increasing pressure levels can be supplied.

Das Gas der . Fremdgaslieferquelle kann entweder einem Verdichter oder dem Hochdruck-Nutzgasstutzen des Druckaustauschers oder der Zwischenexpansionsstufe einer Expansionsmaschine, z. B. einer Gasturbine oder einer Kolbenmaschine, eiicuorninen werden, deren Arbeitsmittel (Verbrennungsgas) vom Druckaustauscher geliefert wird.The gas of. Foreign gas supply source can either be a compressor or the high-pressure utility gas connection of the pressure exchanger or the intermediate expansion stage of an expansion machine, e.g. B. a gas turbine or a piston engine, eiicuorninen , whose working fluid (combustion gas) is supplied by the pressure exchanger.

Im GrenzfaJl kann das gesamte vom Druckaustauscher verdichtete und geförderte Nutzgas einer Kraftmaschine als Arbeitsmittel zugeführt werden, während das gesamte Abgas der Kraftmaschine dann als Fremdgas in die Druckaustauscherzellen eintritt.In a borderline case, all of the useful gas compressed and conveyed by the pressure exchanger can be used Engine are supplied as working fluid, while the entire exhaust gas of the engine then enters the pressure exchanger cells as a foreign gas.

Das Gas von der Fremdgaslieferquelle her kann mittels mehrerer Stutzen gefördert werden, welche Gas unter verschiedenen Drücken zu liefern vermögen.The gas from the external gas supply source can be conveyed by means of several nozzles, which gas able to deliver under different pressures.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung ausführlicher erläutert werden, und zwar zeigtThe invention will now be described in more detail with reference to the drawing which shows it for example are explained, namely shows

Fig. 1 in Umfangs-Abwicklungsdarstellung ein Aust führungsbeispiel der Erfindung,Fig. 1 in a circumferential development view an Aust management example of the invention,

809 748/332809 748/332

Fig. 2 in der gleichen Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, währendFig. 2 shows a second embodiment of the invention in the same representation, while

Fig. 3 schaubildlich eine Anlage mit einem Druckaustauscher gemäß Fig. 2 und einer Turbine wiedergibt, welche mit einem Arbeitsmittel vom Druckaustauscher her beliefert wird.3 shows a system with a pressure exchanger according to FIG. 2 and a turbine, which is supplied with a working medium from the pressure exchanger.

In Fig. 1 ist der Läufer 1 des Druckaustauschers abgewickelt dargestellt und in Verbindung mit den zugeordneten, nicht drehbaren Teilen gezeigt. Der Läufer besteht aus einem Ring von Zellen, welche durch die radialen Trennwände la gebildet werden. Bei der Darstellung nach dieser Figur erfolgt die Bewegung einer Zelle von links nach rechts entsprechend der Richtung des Pfeiles 2, welcher die Drehrichtung des Läufers wiedergibt.In Fig. 1 , the rotor 1 of the pressure exchanger is shown developed and shown in connection with the associated, non-rotatable parts. The rotor consists of a ring of cells which are formed by the radial partition walls la . In the illustration according to this figure, a cell is moved from left to right in the direction of arrow 2, which shows the direction of rotation of the rotor.

Die ortsfeste Stutzenanlage für das Hochdruckspülen der Zellen setzt sich zusammen aus einer Brennkammer 3 mit einem Flammrohr 3 A, einem Stutzen 4 an der anderen Seite des Läufers 1 und aus einer Stutzenanlage 5, welche die Brennkammer 3 mit dem Stutzen 4 verbindet, um einen Gasumlauf zu ermöglichen, in welcher Gas in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung strömt. Flüssiger Brennstoff wird durch die Rohrleitung 6 zugeführt und in die Brennkammer 3 eingespritzt, wo er verbrannt wird.The stationary nozzle system for high-pressure purging of the cells consists of a combustion chamber 3 with a flame tube 3 A, a nozzle 4 on the other side of the rotor 1 and a nozzle system 5, which connects the combustion chamber 3 with the nozzle 4 , around a gas circulation to allow in which gas flows in the direction indicated by the arrows. Liquid fuel is supplied through the pipe 6 and injected into the combustion chamber 3 where it is burned.

Die Stutzenanlage für das Niederdruckspülen setzt sich zusammen aus einem Einlaßstutzen 7, welcher Frischgas (Luft im vorliegenden Falle) fördert, und aus einem Auslaßstutzen 8, durch welchen hindurch das Auspuffgas von den Zellen ausströmt, z. B. in die Atmosphäre hinein. Übertragungsdurchlässe 9 sind zu dem Zwecke vorgesehen, eine Verbindung zwischen denjenigen Zellen, welche links die Hochdruckzone verlassen haben, und denjenigen Zellen, welche die Niederdruckzone verlassen haben, herzustellen, so daß mittels der Übertragungsdurchlässe 9 ein ungefährer Druckaustausch zwischen den so miteinander verbundenen Zellen eintritt, was einen Druckabfall der einen Zelle des miteinander in Verbindung stehenden Paares und einen Druckanstieg der anderen Zelle dieses Paares bedingt. Diese Wirkung ist besser verständlich, wenn man die Wirkungsweise des Druckaustauschers als Ganzes betrachtet. Betrachtet man eine einzelne Zelle, welche anfänglich in Wirkverbindung mit den Stutzen 3 und 4 ist, so ist leicht einzusehen, daß der Gasgehalt dieser Zelle durch das Spülen hinausgefördert und durch heißeres Gas mit etwas höherem Druck (ausreichend, um die Verluste auszugleichen) ersetzt wird, welches von der Brennkammer her gefördert wird. Beim Verlassen der Hochdruckzone bei der Bewegung der Zelle von links nach rechts kommt diese in die Stellung 10, in welcher sie mit einer Zelle 19 über einen der Übertragungsdurchlässe 9 in Verbindung gebracht wird. Der Anfangsdruck in der Zelle 19 ist kleiner als derjenige der Zelle 10, so daß sofort nach Herstellung der Verbindung zwischen diesen beiden Zellen ein sogenannter Druckaustausch bzw. eine Druckangleichung in den Zellen IO₃19 mittels des Übertragungsdurchlasses 9, der sie verbindet, eintritt. Diese Druckangleichung bedingt einen Strom von Gas (im nachfolgenden »Übertraggas« genannt) von der Zelle 10 nach der Zelle 19 mittels des Übertragungsdurchlasses 9_J wie dies durch Pfeile angedeutet ist. Di« Zelle gelangt dann aus der Stellung 10 in die Stellung Il_j in welcher sie über einen weiteren Übertragungsdurchlaß 9 mit einer Zelle in der Stellung 18 in Verbindung gebracht wird, so daß ein weiterer Druckaustausch stattfindet, was eine ungefähre Angleichung der Drücke in den Zellen 11 und 18 mit sich bringt. Die Zelle "kommt dann aus der Stellung 11 inThe nozzle system for low-pressure purging is composed of an inlet nozzle 7, which promotes fresh gas (air in the present case), and an outlet nozzle 8 through which the exhaust gas flows from the cells, for. B. into the atmosphere. Transfer passages 9 are provided for the purpose of establishing a connection between those cells which have left the high pressure zone on the left and those cells which have left the low pressure zone, so that by means of the transfer passages 9 an approximate pressure exchange occurs between the cells connected to one another in this way, which causes a pressure drop in one cell of the communicating pair and a pressure rise in the other cell of this pair. This effect can be better understood if one looks at the mode of operation of the pressure exchanger as a whole. If one looks at a single cell, which is initially in operative connection with the nozzles 3 and 4 , it is easy to see that the gas content of this cell is pumped out by the purging and replaced by hotter gas at a slightly higher pressure (sufficient to compensate for the losses) which is conveyed from the combustion chamber. When leaving the high pressure zone when moving the cell from left to right, it comes into position 10 in which it is brought into connection with a cell 19 via one of the transmission passages 9. The initial pressure in cell 19 is lower than that of cell 10, so that immediately after the connection between these two cells has been established, a so-called pressure exchange or pressure equalization occurs in cells IO ₃ 19 by means of the transmission passage 9 which connects them. This equalization of pressure causes a flow of gas (hereinafter referred to as “transfer gas”) from the cell 10 to the cell 19 by means of the transfer passage 9 _J, as indicated by arrows. Di "cell then passes from the position 10 to the position Il _j in which it is placed via a further transfer passage 9 with a cell in the position 18, in conjunction, so that a further pressure exchange takes place, a rough approximation of the pressures in the cells 11 and 18 brings with it. The cell "then comes out of the 11 in. Position

die Stellung 12, in welcher sie mit einer weiteren Zelle 17 über einen Übertragungsdurchlaß 9 in Verbindung gebracht wird, so daß der Druckaustausch wiederum vor sich geht. Es sind der Einfachheit halber nur drei Übertragungsdurchlässe 9 gezeigt. Es können aber auch mehr als drei Durchlässe vorhanden sein. Eine Zelle, die die Hochdruckzone verläßt und sich der Niederdruckzone nähert, erfährt daher eine Druckminderung in mehreren, z. B. drei aufeinanderfolgenden Stufen bei ihrer Bewegung durch die Stellungen IO_j Il_j 12 hindurch, während auf der anderen Seite der Maschine eine Zelle, welche die Niederdruckzone verlassen hat, mehrere, beispielsweise drei aufeinanderfolgende Drucksteigerungsstufen durchläuft, wenn sie sich durch die Stellungen 17,18,19 hindurchbewegt. In der Niederdruckzone wird der Restgasgehalt der Zellen als Auspuff mittels eines Spülvorgangs ausgestoßen und durch kaltes Gas (Luft) ersetzt, während die Zellen bei ihrer weiteren Bewegung eine Druckzunahme erfahren, welche stufenweise beim Passieren der Stellungen 17 bis 19 erfolgt.the position 12 in which it is brought into communication with a further cell 17 via a transmission passage 9 , so that the pressure exchange takes place again. Only three transfer passages 9 are shown for the sake of simplicity. But there can also be more than three passages. A cell that leaves the high pressure zone and approaches the low pressure zone, therefore, experiences a pressure reduction in several, e.g. B. three successive stages in their movement through the positions IO _j Il _j 12 , while on the other side of the machine a cell that has left the low-pressure zone, goes through several, for example three successive pressure increase stages when it passes through the positions 17, 18:19 moved through. In the low-pressure zone, the residual gas content of the cells is expelled as an exhaust by means of a flushing process and replaced by cold gas (air), while the cells experience an increase in pressure as they continue to move, which occurs gradually as they pass positions 17 to 19 .

Im vorliegenden Falle handelt es sich um einen Druckaustauscher zum Fördern von heißem Gas mit hohem Druck für die Expansion in einer Turbine oder einer anderen Kraftmaschine, wie beispielsweise einer Expansions-Kolbenmaschine. Das zu diesem Zweck ausgeführte Gas wird durch den Stutzen 20 gefördert.In the present case, it is a pressure exchanger for conveying hot gas at high pressure for expansion in a turbine or another engine, such as an expansion piston engine. The gas discharged for this purpose is conveyed through the nozzle 20.

Es ist erwünscht, den erforderlichen Spülstrom durch die Stutzen 7 und 8 und die mit ihnen in Verbindung stehenden Zellen hindurch herbeizuführen und aufrechtzuerhalten, ohne daß Windräder oder Gebläse in den Stutzen 7 und 8 benötigt werden (oder nur dann, wenn die Maschine angelassen wird).It is desirable to bring about and maintain the required purge flow through the nozzles 7 and 8 and the cells in communication with them without the need for wind turbines or fans in the nozzles 7 and 8 (or only when the engine is started). .

Um dies zu erreichen, ist ein Stutzen 21 vorgesehen, um eine Verbindung mit denjenigen Zellen herzustellen, welche gerade die Niederdruckspülzone verlassen haben, und in sie hinein Gas von einer Fremdgaslieferquelle her mit einem Druck zu fördern, der etwas höher ist als derjenige, der in dem Niederdruckspülstutzen 7, 8 oder in der Zelle herrscht, die sich gerade von diesen Stutzen gelöst hat. Der Stutzen 21 kann mit Gas von einem mechanischen Verdichter ader sonstwoher beliefert werden, wobei die Fremdgaslieferquelle mit 23 bezeichnet ist. Auf diese Weise wird in einer Zelle, welche die Niederdruckspülzone verläßt und die Stellung 15 erreicht, der Gasdruck erhöht, und zwar durch das einfließende Gas vom Stutzen 21 her. Weitere Drucksteigerungen erfolgen dann im normalen Druckaustauscherbetrieb, wenn die Zelle nacheinander die Stellungen 17, 18, 19 passiert, wobei diese Drucksteigerungen auf Kosten von aufeinanderfolgenden Druckminderungen an den Stellungen IO_j Il_j 12 gehen. Wenn jedoch die Zelle bei 12 über den Übertragungsdurchlaß 9 mit der Zelle 17 in Verbindung kommt, ist der Druck in der letzteren Zelle bereits durch das einströmende Gas vom Stutzen¹ 21 her erhöht worden. Auf diese Weise ist der Restdrück in der Zelle 12, wenn sie die Stelle 13 erreicht, höher, so daß dann, wenn die Zelle die Stelle 14 erreicht, ihr Restdruck genügend hoch ist, um einen Gasstrom zu bewirken, der die durch den Pfeil 14A angedeutete Richtung hat und eine genügende Geschwindigkeit aufweist, um den Spülgasstrom in «den Stutzen 7 und 8 aufrechtzuerhalten. Es ist ersichtlich, daß die Zelle im Verlauf ihrer Bewegung zunächst mit dem Stutzen 8 und dann erst mit dem Stutzen 7 in Verbindung kommt. Diese Folge der Verbindungsherstellung mit den Stutzen 8 und 7 hat die Wirkung, daß der Inhalt der Zelle 14 eine Beschleunigung in Richtung des Pfeiles IAA hervorruft. Wenn das Ablösen der ZelleIn order to achieve this, a connection piece 21 is provided in order to establish a connection with those cells which have just left the low-pressure purging zone and to convey gas into them from an external gas supply source at a pressure which is slightly higher than that which is in the low-pressure flushing connection 7, 8 or in the cell that has just come loose from this connection. The connecting piece 21 can be supplied with gas from a mechanical compressor or from elsewhere, the external gas supply source being denoted by 23 . In this way, in a cell which leaves the low-pressure purging zone and reaches position 15 , the gas pressure is increased by the gas flowing in from the connection 21 . Further pressure increases then occur in normal pressure exchanger operation when the cell successively passes positions 17, 18, 19 , these pressure increases being at the expense of successive pressure reductions at positions IO _j II _j 12 . However, when the cell arrives at 12 via the transfer passage 9 with the cell 17 in connection, the pressure in the latter cell already by the gas flowing from the nozzle 21 side ¹ has been increased. In this way, the residual pressure in cell 12 when it reaches location 13 is higher, so that when the cell reaches location 14 , its residual pressure is high enough to cause a gas flow which is similar to that indicated by arrow 14 A has indicated direction and has a sufficient speed to maintain the purge gas flow in «the nozzle 7 and 8 . It can be seen that the cell first comes into contact with the connector 8 and only then with the connector 7 in the course of its movement. This sequence of establishing the connection with the connection pieces 8 and 7 has the effect that the contents of the cell 14 cause an acceleration in the direction of the arrow IAA . When peeling off the cell

von den Stutzen 8 und 7 in entgegengesetzter Folge (vgl. Fig. 1) vor sich geht, d. h. die Zelle zuerst am strömungsabwärts gelegenen Ende (Stutzen 8) und dann erst am strömungsaufwärts gelegenen Ende (Stutzen 7) verschlossen wird, dann wird infolge der Bewegungsenergie in der Zelle der darin befindliche Druck erhöht, wodurch ein gewisser Überladungseffekt entsteht. Der Druck in Stutzen 21 muß stets höher sein als der Druck in der Zelle nach dem Abtrennen dieser Zelle von den Spülstutzen. Die Wirkung des über den Stutzen 21 geförderten Gases läuft darauf hinaus, daß der Druck in den Zellen rund um den Läufer »aufgestuft« wird. Dadurch ist es möglich, daß einige der Übertragungsdurchlässe 9 in Wegfall kommen können und somit die Anzahl der »Druckaustausche« verringert werden kann, welche sich bei einer vollständigen Drehung des Zellenläufers abspielen. of the nozzles 8 and 7 proceeds in the opposite sequence (see FIG. 1) , d. H. the cell is closed first at the downstream end (connector 8) and then only at the upstream end (connector 7), then the pressure in the cell is increased due to the kinetic energy in the cell, which creates a certain overload effect. The pressure in connection 21 must always be higher than the pressure in the cell after this cell has been separated from the flush connection. The effect of the gas conveyed through the nozzle 21 amounts to "stepping up" the pressure in the cells around the rotor. This makes it possible that some of the transmission passages 9 can be omitted and thus the number of "pressure exchanges" can be reduced, which take place when the cell rotor is fully rotated.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein zweiter Stutzen 22, welcher Fremdgas liefert, vorgesehen, wobei die Anordnung eine solche ist, daß das über 22 geförderte Gas einen höheren Druck als das von 21 gelieferte Gas hat. Dies kann einfach dadurch erreicht werden, daß der Stutzen 22 an die Endstufe eines Verdichters gelegt wird, während der Stutzen 21 zu einer Zwischenstufe führt, wobei auch entsprechende Stufen einer Expansionsmaschine hierfür in Betracht kommen können.In the exemplary embodiment shown, a second connection 22, which supplies foreign gas , is provided, the arrangement being such that the gas conveyed via 22 has a higher pressure than the gas supplied by 21. This can be achieved simply by placing the connector 22 at the final stage of a compressor, while the connector 21 leads to an intermediate stage, whereby corresponding stages of an expansion machine can also be considered for this.

Das von außerhalb dem Druckaustauscher durch die Stutzen 21 oder 22 zugeführte Fremdgas kann auch von einer Expansionsmaschine, z. B. einer Gasturbine, abgezapft werden, welche von der Brennkammer 3 über den Stutzen20 mit Arbeitsmittel (Verbrennungsgas) beliefert wird.The foreign gas supplied from outside the pressure exchanger through the connection 21 or 22 can also from an expansion machine, e.g. B. a gas turbine, which from the combustion chamber 3 is supplied with working fluid (combustion gas) via the nozzle 20.

Wenn eine Zelle an der Stelle 15 ankommt und zuerst in Wirkverbindung mit dem Stutzen 21 gelangt, dann wird eine Impulsverdichtungswelle durch das Gas in der Zelle hindurchgeschickt, die auf das andere Ende der Zelle auftrifft, wo sie reflektiert wird, um dann in Richtung auf den Stutzen 21 eine Umkehrbewegung auszuführen. Vorzugsweise dauert die Verbindung zwischen einer Zelle und einem der Frerndgasstutzen ungefähr ebensolange wie die Zeit, welche die Welle benötigt, um nach der öffnung des Fremdgasstutzens zurückzukehren, nachdem die Reflektion durch das andere Ende der Zelle erfolgt ist. Durch geeignete Zeitabstimmung ist es möglich, in der · Zelle einen höheren Druck hervorzurufen, als er in den Stutzen 21 und/oder 22 herrscht.When a cell arrives at point 15 and first comes into operative connection with nozzle 21, then a pulse compression wave is sent through the gas in the cell which hits the other end of the cell where it is reflected and then towards the Nozzle 21 perform a reverse movement. The connection between a cell and one of the foreign gas connections lasts approximately as long as the time which the wave needs to return after the opening of the foreign gas connection after the reflection has taken place at the other end of the cell. By means of suitable timing, it is possible to produce a higher pressure in the cell than is prevailing in the connection piece 21 and / or 22.

Die Verbindung zwi.schen einer Zelle und dem Stutzen 21 oder 22 muß gelöst werden, bevor das andere Ende der Zelle in wirksame Verbindung mit einem der Übertragungsdurchlässe 9 kommt.The connection between a cell and the connector 21 or 22 must be released before the the other end of the cell comes into effective communication with one of the transmission passages 9.

Im praktischen Betrieb ist es jedoch ausreichend, wenn die Trennung der Zelle 15 von Hen Stutzen 21 oder 22 vor sich geht, bevor der Impuls in der Zelle 15, der durch den höheren Druck in dem Übertragungsdurchlaß 9 hervorgerufen wird, den Stutzen 2\ oder 22 erreicht. Auf diese Weise ist es durchaus möglich, daß im geometrischen Sinne eine Zelle gleichzeitig mit den Stutzen 21 oder 22 und mit einem der Übertragungsdurchlässe 9 in Verbindung ist, was aber infolge der Geschwindigkeit bzw. Drehzahl des Läufers praktisch keine Bedeutung hat, weil kein Gasdurchsatz trotz geometrischer Verbindung infolge zu kurzer Zeiten stattfindet, was als effektiver, d. h. strömungstechnisch wirksamer Abschluß bezeichnet wird.In practical operation, however, it is sufficient if the separation of the cell 15 from the connector 21 or 22 takes place before the pulse in the cell 15, which is caused by the higher pressure in the transmission passage 9, passes the connector 2 or 22 achieved. In this way, it is quite possible that, in the geometric sense, a cell is simultaneously connected to the nozzle 21 or 22 and to one of the transmission passages 9, but this is of practically no importance due to the speed or rotational speed of the rotor, because no gas throughput despite geometric connection takes place as a result of too short times, which is considered more effective, d. H. Fluidically effective closure is referred to.

Anstatt über die Stutzen 21, 22 kann das Fremdgas auch in die Zellen eingebracht werden, bevor sie die Niederdruckzone erreicht haben, beispielsweise mittelsInstead of the nozzle 21, 22, the foreign gas can also be introduced into the cells before the Have reached low pressure zone, for example by means of

eines Stutzens, wie er bei 24 angedeutet ist, welchem Gas vom Verdichter 23 her übermittelt werden kann. In diesem Falle wird der Druck einer Zelle in der Stellung 13 erhöht, so daß bei Erreichen der Stellung 14 der Spülstrom erzeugt werden kann. Zweckmäßig wird die Zelle 13 von der effektiven, d. h. Gasflußverbindung mit den Übertragungsdurchlässen 9 gelöst, bevor sie beginnt, mit dem Stutzen 24 in Wirkverbindung zu kommen. Die Zelle an der Stelle 13 wird von einer effektiven, d. h. Gasflußverbindung mit dem Stutzen 24 gelöst, bevor diese Zelle mit dem Spülstutzen 9 in Wirkverbindung tritt. In manchen Fällen kann es jedoch vorteilhaft sein, daß die Zelle 13 in Verbindung mit dem Spülstutzen 8 kommt, bevor diese Zelle ihre Verbindung mit dem Stutzen 24 gelöst hat. In diesem Falle wird eine zunehmende Beschleunigung des Zelleninhalts unter dem Einfluß des Druckes von der Fremdgasquelle her erzielt.a connecting piece, as indicated at 24, which gas can be transmitted from the compressor 23. In this case, the pressure of a cell in position 13 is increased so that when the position is reached 14 the flushing flow can be generated. The cell 13 is expediently of the effective, i. H. Gas flow connection with the transmission passages 9 released before it begins, with the connecting piece 24 in operative connection get. The cell at location 13 is controlled by an effective, i.e. H. Gas flow connection with the Connection 24 released before this cell comes into operative connection with the flushing connection 9. In some cases However, it can be advantageous that the cell 13 comes into connection with the flushing connection 8 before this Cell has released its connection with the connector 24. In this case there is an increasing acceleration the cell contents achieved under the influence of the pressure from the foreign gas source.

Die Stutzen 21, 22 oder 24 körinen alternativ an der anderen Seite des Zellenläufers, d. h. an der gleichen Seite wie der Stutzen 8, sitzen. Es ist ferner möglich, diese Stutzen an beiden Seiten des Läufers vorzusehen, so daß das Einfließen von Gas in die Zellen eine geringere Zeitdauer benötigt. Ein Stutzen JJJL kann daher in der in pig- 1 angedeuteten Stellung vorgesehen werden, während der Stutzen22 an der entgegengesetzten Seite, also an der gleichen Seite des Läufers wie der Stutzen 8, vorhanden sein kann.The connecting pieces 21, 22 or 24 can alternatively sit on the other side of the cell rotor, that is to say on the same side as the connecting piece 8. It is also possible to provide these nozzles on both sides of the rotor, so that the flow of gas into the cells takes less time. A connecting piece JJJL can therefore be provided in the position indicated in pig-1 , while the connecting piece 22 can be present on the opposite side, that is to say on the same side of the runner as the connecting piece 8.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Druckaustauscher mit zwei in Gegenrichtung sich drehenden, im wesentlichen gleichachsigen ZeUenläuferq, wobei die Anordnung eine solche ist, daß- Kanäle 31, welche den Übertragungsdurchlässen 9 in Fig. 1 entsprechen, eine Verbindung zwischen den Zellen des einen Läufers und den Zellen des anderen Läufers herstellen. Im einzelnen ist aus der Zeichnung ersichtlich, daß die Maschine sich zusammensetzt aus zwei siph in entgegengesetzten Richtungen drehenden Läufern 25, 26, welche abgewickelt dargestellt ,sind. Die Einrichtungen für das Hpcbdruckßpülen und die Verbrennung spwie für das Abführen des Nutzgases sind im wesentlichen die gleichen wie in Fig, 1 und bedürfen daher keiner Beschreibung, pie Läufer werden in Parallelbetrieb bei Niederdruck mittels der Stutzenanlage 27, 28, welche dem Läufer 25 zugeordnet ist, und der Stutzenanlage 29, 30, welche dem Läufer 26 zugeordnet ist, gespült, wobei die Richtung des Spülgasstrornes durch die Pfeile angedeutet ist. Die Durchlässe 31 bilden die Äquivalente für die Übertragungsdurchlässe 9 in Fig. 1 und dienen dazu, die Zellen des Läufers 25 mit denjenigen des Läufers 26 zu verbinden. Betrachtet werde beispielsweise die ganz links befindliche Zelle des Läufers 25, welche von der Hochdruckzone her kommt. Diese Zelle kommt beim Erri^irVipn Hf»r ^fpllnncr A ίη ΛΤ^τ-ΚιηΗιιηο· über einen Kanal 31 mit einer Zelle V im anderen Läufer 26, und der Drucfcaustausch tritt zwischen den so miteinander verbundenen Zellen auf. Mittels der Kanäle 31 wird nacheinander eine Verbindung zwischen den Zellenpaar.en BU, CT usw. hergestellt, so daß im Läufer 25 eine Zelle, die sich von A nach C bewegt, eine Reihe von aufeinanderfolgenden Druckabsenkungen stufenweise erfährt, während in entsprechender Weise eine Zelle 26 bei der Bewegung von der Stellung P in die Stellung V eine Reihe von aufeinanderfolgenden Druckzunahmestufen durchläuft. Ein genau entsprechender Vorgang spielt sich an der anderen Seite der Läufer zwischen den Zellen EFG und PQR usw. ab.Fig. 2 shows an embodiment of a pressure exchanger with two counter-rotating, essentially coaxial linear rotors, the arrangement being such that channels 31, which correspond to the transfer passages 9 in FIG. 1 , connect between the cells of one of the rotors and the cells of the other runner. It can be seen in detail from the drawing that the machine is composed of two rotors 25, 26 rotating in opposite directions, which are shown unwound. The means for Hpcbdruckßpülen and the combustion spwie for the discharge of the useful gas are substantially the same as in Fig, 1, and therefore require no description, pie runners are in parallel operation at low pressure by means of the nozzle system 27, 28, which is associated with the runner 25 , and the nozzle system 29, 30, which is assigned to the rotor 26, flushed, the direction of the flushing gas flow being indicated by the arrows. The passages 31 form the equivalents for the transmission passages 9 in FIG. 1 and serve to connect the cells of the rotor 25 with those of the rotor 26. Consider, for example, the leftmost cell of the rotor 25, which comes from the high pressure zone. This cell arrives when it ri ^ irVipn Hf »r ^ fpllnncr A ίη ΛΤ ^ τ-ΚιηΗιιηο · via a channel 31 with a cell V in the other runner 26, and the pressure exchange occurs between the cells thus connected to one another. By means of the channels 31, a connection between the cell pairs BU, CT , etc. is established one after the other, so that in the rotor 25 a cell moving from A to C experiences a series of successive pressure drops, while in a corresponding manner a cell 26 passes through a series of successive pressure increase stages when moving from position P to position V. An exactly corresponding process takes place on the other side of the runner between cells EFG and PQR etc.

Soweit die Zulieferung von Gas aus der Fremdgaslieferquelle in Betracht kommt, sind die Ausführungs-As far as the supply of gas from the external gas supply source comes into consideration, the execution

Claims

form very similar to those according to FIG. 1. In the present case, gas is conveyed from a foreign gas supply source at a pressure which is higher than that in the low-pressure _flushing zone j to cells of each rotor which have just left this zone, this supply by means of the nozzle 32 takes place, insofar as the cells of the rotor 25 come into consideration, and by means of the connection 33, insofar as the cells of the rotor 26 come into consideration, the connections 32 and 33 are both connected to a compressor, as shown at 32 (FIG. 1) is indicated. Alternatively, they can be supplied with gas which is taken from an expansion machine which is supplied with the propellant gas via the pressure exchanger, as can be seen from FIG. 3, for example.

Fig. 3 is a diagram of a pressure exchanger and a gas turbine arranged in combination in accordance with the invention. The pressure exchanger, which is only indicated by its outer circumference, is designed essentially according to FIG. 2 and consists of two coaxial rotors 25, 26 in opposite directions. The rotors are flushed in parallel operation at low pressure; the purge gas, e.g. As air at atmospheric pressure enters at 27, 28, while the exhaust gases of the runners on the twin exhaust 28 are derived 30th On the high-pressure flushing side, each runner is provided with nozzles 35, 36 which have combustion chambers 37, 38 which are effective independently of one another. The supply of useful gas takes place via a connection 39 and is fed to a multi-stage gas turbine 40 , from which the useful power is taken. The turbine exhaust is mainly discharged at 41; however, a fraction of the working fluid is branched off in an intermediate expansion stage by means of the line 42 , which supplies the "foreign gas" for the rotor via further line connections 43, 44. The line 43 is connected to the connector 32 (FIGS. 2 and 3), while the line 44 leads to the connector 33 . It is advantageous to cool the foreign gas before it is fed to the nozzles 32, 33 , and therefore cooling devices for this purpose are indicated at 45. Throttle valves 46 are also provided in the pipes 43, 44 .

In a borderline case, the entire amount of exhaust from turbine 40 can be returned to the pressure exchanger in order to serve there as what is known as “foreign gas”. In such a case, the extraction pipe 42 would be omitted and the pipes 43 and 44 would be connected to the exhaust end 41 . . The progressiveness of the pressure exchanger design according to the invention lies in the fact that the external gas supply, ie by a single measure, improves the flushing in the low-pressure zone as a result of an increase in the flushing pressure gradient and also increases the overall pressure level of the pressure exchanger. These consequences of the supply of foreign gas both influence the efficiency of the pressure exchanger, which is therefore increased to a surprising degree with only one measure, but with a twofold effect.

Patentansprüche:Patent claims:

Low-pressure purging nozzles, which conduct the gas to and from the cells, and with transfer passages which connect the cells located in front of the low-pressure purging zone with the cells located behind, whereby either the cell ring is rotatable and the nozzle and transfer passages are fixed or the cell ring is fixed and the nozzles and transfer passages are rotatably arranged , characterized in that a further nozzle (21, 22, 24 or 32, 33), which supplies gas from an external gas supply source (23 or 40) , with the cells (15, 16, 13 or D, S) between .the inlets and outlets of the transfer passages (9, 31) is in communication so that gas is supplied at a higher pressure than the low pressure purging zone pressure, the cells, when connected to the further passage (21, 22, 24 or 32, 33 ) are connected, otherwise they are effectively completed.

2. Pressure exchanger according to claim 1 with a rotatable cell ring, characterized in that the further connecting piece (24) is arranged so that it immediately before reaching the position match or operative connection (14) of a cell with the low-pressure flushing lines (7,8) with this cell in Active connection or position matching (13) comes.

3. Pressure exchanger according to claim 1 with a rotatable cell ring, characterized in that the further nozzle (21, 22 or 32, 33) is arranged so that it is immediately after the operative connection of a cell with the low-pressure flushing nozzle (7, 8 or 27 , 28 and 29, 30) is in operative connection with this cell (15, 16 or D, S) .

4. Pressure exchanger according to claim 1 to 3 with a rotatable cell ring and high-pressure flushing nozzle to conduct gas from and to the cells of a high-pressure flushing zone, characterized by an additional line (20) which the high-pressure flushing zone (3, 3 A, 4, 5, 6 ) connects to the aforementioned white direct line (21, 22, 24 or 32, 33) and thereby forms a source of foreign gas supply.

5. Pressure exchanger according to claim 4 with a rotatable cell ring, characterized in that means for work-performing expansion (40) and / or means for relaxation without work (46) are provided in the additional line (32, 33).

6. Pressure exchanger according to claim 1 to 5 with a rotatable cell ring, characterized in that the aforementioned additional connection piece is provided in double design (21, 22) , these two lines (21, 22) lying next to one another and arranged so that they each cell one after the other (15, 16) Supply gas at two different pressure levels that increase in the relative direction of rotation.

7. Pressure exchanger according to claim 1 to 6, characterized in that the gas from the external gas supply source (40) is cooled before it enters a cell.

1.Pressure exchanger with a cell ring, publications under consideration:

which gas is compressed and expanded, with 65 German patents No. 724 998, 485 386.

1 sheet of drawings