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Druckaustauscher, z. B. für Kältemaschinen Unter einem Druckaustauscher
ist eine Maschine zu verstehen, die ein Gas, z. B. Luft, auf einer unteren Druckstufe
aufnimmt, verdichtet und auf einer höheren Druckstufe abgibt und gleichzeitig ein
Gas, z. B. dasselbe Gas, in verändertem Zustand und in anderer Menge von der oberen
Druckstufe auf die untere entspannt. Druckaustauscher finden Verwendung für Kältemaschinen,
Wärmepumpen, Gasturbinen, Aufladegruppen für Wärmekraftmaschinen, chemische Prozesse,
druckgefeuerte Dampfkessel usw. Es ist bekannt, diese Doppelaufgabe mit Zellenrädern
zu lösen, deren Arbeitsweise auf Fig. z und 2 und 3 hervorgeht.
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Fig. z urid 2 stellen einen schematischen Ouer- bzw. Längsschnitt
durch ein Zellenrad bekannter Bauart dar. a ist das Rad, b sind die Zellenwände,
c das Gehäuse. Luft wird aus dem Saugkanal d z. B. durch einen Ventilator
e in die Zelle f gefördert. Die Zelle f
kommt im Verlaufe der
Drehung in die Lage g und entleert sich in den Druckraum lt. Es ist angenommen,
daß das Zellenrad als Wärmepumpe arbeitet. Die Druckluft wird in bekannter Weise
durch die im Gebläse i verdichtete Luft ergänzt, in einem Wärmeaustauscher h abgekühlt
und hierauf durch den Ventilator L bei na wieder -dem Zellenrad zugeführt,
darin entspannt und bei n ausgestoßen.
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Im Augenblick, wo sich die Kompressionszelle gegen den Druckraum öffnet,
strömt das Gas stoßartig in die Zelle. Beim Öffnen der
Expansionszelle
in den unteren Druckrahm strömt Gas stoßartig aus.
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Verschiedene Mittel sind bekannt, diesen Stoßverlust zu vermeiden,
z. B. exzentrische Lagerung des Rotors finit schiebbaren Zellenwänden, Leitungen
zum stufenweisen Ausgleich des Druckes in den Kompressions- und Expansionszellen
t1. a. in. Die Folge dieser Maßnahmen ist wohl eine Wirkungsgradverbesserung. Die
Leistungsfähigkeit der so gebauten Maschinen ist aber entweder durch mechanische
Beanspruchung oder durch Strömungsverluste in Ausgleichsleitungen tisw. äußerst
beschränkt. Man ist gezwungen, sich mit mäßigen Umfangsgeschwindigkeiten und Strömungsgeschwindigkeiten
zii begnügen.
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Mit Hilfe der Verdichtung durch Überdruckwellen und der Entspannung
durch Verdünnungswellen, die durch die Zellen schießen, ist es bekannt, Maschinen
sowohl besseren Wirkungsgrades als auch von höherer Leistungsfähigkeit herzustellen.
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Fig.3 stellt eine Abwicklung des Zellenradumfanges einer bekannten
Ausführung dar. i-i ist das abgewickelte Rad, a-? und 3-3 die Abwicklung eines zylindrischen
Schnittes durch das Gehäuse auf beiden Seiten des Rades. Die radialen Zellenwände
erscheinen hier als gerade Striche .l. Der Drehung des Rades entspricht eine Verschiebung
des abgewickelten Umfanges von links nach rechts. Aus dem Saugraum 5 strömt das
Kompressionsaas in die Zellen 6 und verdrängt dabei den von der Expansion herrührenden
Zelleninhalt nach Raum 7. Sobald das frische Gas den Zelleninhalt füllt, wird infolge
der Drehung des Rades das Ende der Zelle durch eine Steuerkante g im Gehäuse 3 geschlossen.
Der Zelleninhalt befindet sich im Augenblick des Schließens noch in Bewegung. Das
plötzliche Schließen am Zellenende erzeugt eine Druckwelle, deren Höhe von der Geschwindigkeit
abhängt und die die Zelle vom Austritts- zum Eintrittseilde durchschießt. Da die
Zelle in Bewegung ist, beschreibt die Wellenfront den strichpunktierten Zug 8-9.
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Wenn sich der ganze Zelleninhalt aufgestaut hat, also im Augenblick,
wo die Wellenfront das vordere Ende der Zelle erreicht, wird dieses durch die Steuerkante
9 geschlossen, wodurch das verdichtete Gas eingesperrt und eingeschleust wird.
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Die Zelle wandert weiter nach rechts. Ihr vorderes Ende öffnet sich
bei io gegen den Raum i i, in welchem das Expansionsgas unter höherem Druck steht
als der Inhalt der ankommenden Zelle. Dies hat zur Folge, daß neuerdings eine Druckwelle
ungefähr mit Schallgeschwindigkeit, diesmal von vorn nach hinten, entlang dem Zug
io-12 durch die Zelle schießt. Im Augenblick, wo diese Druckwelle das hintere Zellenende
erreicht, wird diese durch die Steuerkante 12 mit dein Druckraum 13 in `Jerbindung
gesetzt. Hinter der Druckwelle hat sich das Gas mit einer vorn Drucksprung abhängigen
Geschwindigkeit in Be-«-egung gesetzt. Diese Strömungsgeschwindigkeit ist von der
Schallgeschwindigkeit oder der Geschwindigkeit der Wellenfront wohl zii unterscheiden.
Sie ist im allgemeinen wesentlich geringer.
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Die Zelle ist jetzt beidseitig offen und ihr Inhalt in Bewegung. Das
verdichtete Gas entleert sich in Raum 13, und das zii entspannende Gas strömt aus
dein Rauin i t nach, wobei im Gehäuse für richtige Zu- und Abströmverhältnisse zu
sorgen ist.
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Sobald das zu entspannende Gas in genügender Menge eingeströmt ist,
wird das vordere Zellenende durch die Kante i- geschlossen. Dadurch wird das Nachströmen
<les Gases plötzlich abgeschnürt. und es entsteht eilte Verdünnungswelle, die
durch die Zelle entlang 14-15 schießt. Bei der Ankunft der Verdünnungswelle an dein
entgegengesetzteil "Zellenende wird die Zelle durch die Kante 15 geschlossen. Der
ganze Zelleninhalt ist zur Ruhe gekommen und steht auf einem tieferen Druck als
die obere Druckstufe. Die Zelle bewegt sich weiter, ihr hinteres Ende öffnet sich
gegen den Auspuffraum 7. Dadurch entsteht eine neue Verdünnungswelle, die den Zelleninhalt
wieder in Bewegung setzt. Die Spülung auf der unteren Stufe ist damit eingeleitet.
Der beschriebene Kreislauf der Zelle ist geschlossen und beginnt vop neuem. Die
wandernden Verdichtungs- und Verdünnungswellen bewirken einen Austausch zwischen
Druckeilergie und kinetischer Energie der Spülbewegung.
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Fig..I zeigt den Zusatnrnenhang zwischen dem Druckverhältnis vor und
nach Welle und der Spülgeschwindigkeit. Als Abszisse .-1 ist die Geschwindigkeit,
und zwar ini Verhältnis zur Schallgeschwindigkeit (Uachsche Zahl 1. als Ordinate
B das Druckverhältnis aufgetragen. Je größer das Druckverli:iltnis ist, um so größer
muß die Spülgescliwindirkeit sein. Aus einem Rade mit azialeii Zellen tritt das
Gas mit einer Geschwindigkeit aus. deren axiale Komponente gleich der Spülgeschwindigkeit
und deren tangentiale Konil)rni(-iite gleich der Umfangsgeschwindigkeit des Rades
ist. Bei größeren (--,escliwindigkeiten steel;t in den austretenden Gasen eine erhebliche
Energie. die inan mir zum Teil durch - reei#-nete Difftisoren nutzbringend
umwandeln -kann.
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Dabei wird der Wirkungsgrad der bekannten Zellenräder mit zunehmendem
Druck schlechter utid verbietet deren Anwendungen für ni-anchürlei Zwecke. Die vorliegende
Eriindun g vei-iiieidet diesen Nachteil, indem die
Achsen der Zellen
nicht parallel zur Achse oder in Meridianebenen, sondern windschief, schrauben-
oder spiralförmig angeordnet werden.
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Fig. 5 stellt die Abwicklung durch einen Druckaustauscher mit beispielsweise
einem Schraubenzellenrad dar. Die Bezugszahlen z bis 17 haben die gleiche
Bedeutung wie in Fig.3. Die Vorteile der neuen Anordnung gehen aus Fig. 6 a und
6b hervor. Diese zeigen die Geschwindigkeitsdreiecke für gerade Zellen nach bisheriger
Ausführung und schraubenförmige Zellen nach der Erfindung. zu ist die Strömungsgeschwindigkeit
relativ zur Zelle während der Spülung. Diese Geschwindigkeit ist maßgebend für das
Druckverhältnis. it stellt die Umfangsgeschwindigkeit des Zellenrades dar. Relativ-
und Umfangsgeschwindigkeit setzen sich zur absoluten Geschwindigkeit c zusammen.
Das ist die Geschwindigkeit, mit welcher das Gas aus dem Gehäuse ins Rad und aus
dem Rad ins Gehäuse bzw. den Leitapparat übertritt. Man sieht, daß in Fig. 6 a die
Geschwindigkeit c wesentlich größer ist als zu, also große Verluste erzeugt, in
Fig.6b dagegen ist c sogar kleiner als zu und der Verlust entsprechend kleiner.
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Bei bisherigen Rädern mit axialen Zellen entstehen ferner infolge
der auf die Gase wirkenden Fliehkräfte außen Überdrücke gegen innen. Besteht ein
Dichteunterschied zwischen dem verdrängenden und dem verdrängten Gas, so ist der
erwähnte Überdruck im schwereren Gase größer als im leichteren. Dadurch wird das
Gleichgewicht an der Berührungsfront gestört, und die Gase vermischen sich. Diese
Vermischung kann bei größeren Dichteunterschieden in einem Maße auftreten, daß die
Arbeitsweise des Austauschers erheblich verschlechtert wird.
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Werden dagegen die Zellen gemäß der Erfindung angeordnet, so wird
die Umfangskomponente der Absolutgeschwindigkeit verkleinert oder sogar ganz unterdrückt,
wobei auch die störenden Fliehkräfte teilweise oder gänzlich verschwinden.
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Fig.7 zeigt in schematischer Weise den Verlauf des Druckes und der
Strömungsgeschwindigkeit in der Mitte einer Zelle während einer Umdrehung. I ist
der Spülabschnitt auf der unteren Druckstufe mit Druck P, und Geschwindigkeit w1;
II ist der Verdichtungsabschnitt mit dem Druck P, und der Geschwindigkeit zu-o;
III ist der Spülabschnitt auf der oberen Druckstufe mit Druck P, und der Geschwindigkeit
w,; IV ist der Entspannungsabschnitt mit Druck P" und Geschwindigkeit w-o.
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Die Geschwindigkeit des durch eine Druckwelle in Bewegung gesetzten
Spülstromes bleibt während der ganzen Spülzeit bestehen, wenn dafür gesorgt ist,
daß die Druckabfälle des Spülkreises sowohl innerhalb als auch außerhalb des Druckaustauschers,
z. B. durch einen Ventilator, überwunden werden. Man kann statt dessen die Geschwindigkeit
während der Spülzeit abnehmen lassen. Dadurch wird Energie frei, um die Widerstände
des Spülkreises zu überwinden. Der Spülventilator wird entlastet, man kann ihn je
nach Widerständen in einem oder in beiden Spülkreisen weglassen oder gar das Gas
Nutzarbeit verrichten lassen. Der entsprechende Verlauf der Drücke und Geschwindigkeiten
ist in Fig. 7 gestrichelt angegeben.
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Man kann umgekehrt ein Spülgebläse einen höheren Druck erzeugen lassen,
als zur Überwindung der Widerstände nötig ist. Dadurch wird der Spülstrom in einer
Zelle zwischen Anfang und Ende des Spülabschnittes beschleunigt. Die Verdichtungswelle
am Ende der unteren Spülperiode wird erhöht und das Gas unter höherem Druck eingeschleust.
Desgleichen wird das Gas am Ende der oberen Spülperiode unter tieferem Druck ausgeschleust.
Es wird also mehr Gas verdichtet und weniger Gas entspannt. Daher muß z. B. das
bei einer Wärmepumpe verwendete Zusatzgebläse weniger fördern und kann unter Umständen
überhaupt wegbleiben. Die vom Zusatzgebläse zu liefernde Arbeit ist dein Spülgebläse
übertragen.
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Die Spülgeschwindigkeiten auf der unteren und oberen Stufe brauchen
nicht gleich zu sein. In gewissen Grenzen ist es unschädlich, wenn infolge ungleichen
Geschwindigkeiten ungleiche Drucksprünge entstehen. Die Spülgeschwindigkeiten und
damit die Spülvolumina lassen sich durch Veränderung der Strömungswiderstände in
den Spülkreisen oder durch Veränderung der Drücke, die die Spül-
ventilatoren
erzeugen, regeln. Meistens genügt es, einen Ventilator in einem der Spülkreise vorzusehen,
z. B. im Spülkreis mit dem höheren Widerstand.
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Wenn das zu entspannende Gas eine wesentlich andere Dichte hat als
das komprimierte Gas, z. B. wenn dasselbe Gas mit veränderter Temperatur entspannt
wird, so können die Spülgeschwindigkeiten am Anfang und *am Ende der Spülabschnitte
im Verhältnis der Schallgeschwindigkeiten verschieden gewählt werden, denn die Drucksprünge
der Druckwellen hängen vom Verhältnis Spül- zu Schallgeschwindigkeit (Machsche Zahl)
ab, wie in Fig. q. gezeigt wurde; und die Gesamtdrucksprünge auf Verdichtungs- und
Entspannungsseite müssen gleich sein. Wird beispielsweise Luft verdichtet und mit
wesentlich höherer Temperatur wieder entspannt, so müssen die Spülgeschwindigkeiten
während
der unteren Spülperiode abnehmen, während der oberen zunehmen,
so daß sie bei der Verdünnungswelle höher sind als bei der Verdichtungswelle.
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Unter Umständen erreicht man diese Änderung der Spülgeschwindigkeiten,
ohne daß besondere Maßnahmen dazu ergriffen werden müssen. Man kann nachweisen,
daß dies der Fall ist, wenn im Geschwindigkeitsdiagramm Fig. 6 die Geschwindigkeiten
c und w gleich sind. Wenn nämlich ein leichtes Gas ein schwereres verdrängt, so
würde bei gleichbleibender Geschwindigkeit die kinetische Energie des Zelleninhaltes
im Verhältnis der Massen abnehmen. Die frei werdende Energie dient zur Beschleunigung
des Spülstromes. Man muß lediglich die Kanäle des Gehäuses so gestalten, daß der
Übergang vorn Zellenrad möglichst verlustfrei wird. Sind c und verschieden, so muß
die Geschwindigkeitsänderung durch äußere Mittel, Spülwiderstand und -druck, unterstützt
werden. Die :Änderungen der Spülgeschwindigkeiten, die aus verschiedenen Gründen
nötig oder wünschenswert sind, überlagern sich und können sich unter Umständen gegenseitig
aufheben.
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Das früher beschriebene Zellenrad mit geraden oder schraubenförmigen
Zellen braucht zu seinem Antrieb nur eine kleine Leistung zur Leberwindung der Reibungsverluste,
sofern das Gas stoßfrei eintritt. Läßt man das Gas mit einem leichten Stob in Drehrichtung
eintreten, so kann auf einen gesonderten Antrieb verzichtet werden. Plan kann den
Spülstrom im Zellenrad wesentlich stärker umlenken, als zum bloßen Antrieb des Zellenrades
nötig ist. Wenn der Drall des Spülstromes, d. i. das Produkt aus Umfangskomponente
der Stromgeschwindigkeit und Radius, in Drehrichtung vermehrt wird, arbeitet das
Zellenrad als Turboverdichter und muß von der Welle angetrieben werden. Das Zellenrad
unterstützt oder ersetzt das Spülgebläse und kann unter Umständen auch das Zusatzgebläse
i (Fig. 2) überflüssig machen. Wenn der Drall in Drehrichtung vermindert wird, arbeitet
das Zellenrad als Turbine. Die an der Welle abgegebene Leistung gellt auf losten
der Spülenergie. Die Spülgeschwindigkeit nimmt daher von Anfang bis Ende des Spülabschnittes
stark ab. Der Einschleusdruck Pf (Fig.7) wird heruntergedrückt, es wird weniger
Gas verdichtet. Der Ausschleusdruck I'" wird erhöht, es wird mehr Gas entspannt.
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Fig.8 zeigt die Abwicklung eines Zellenrades, das während der Spülperioden
als Verdichter arbeitet. Die Zahlen i bis 17 haben gleiche Bedeutung wie in Fig.3.
Man bemerkt, daß die mit Schaufeln i8 versehenen Kanäle des Gehäuses eine der zunehmenden
Spülgeschwindigkeit angepaßte, veränderliche Richtung haben. Die Zellen nach Fig.
S haben eine veränderliche Breite. Durch entsprechende Wahl der Zellenhöhe erhält
man den meistens erwünschten gleichbleibenden oder wenig veränderlichen Zellenquerschnitt
(vgl. Fig. 13). .
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Die bisher beschriebenen Druckaustauscher, die als einstufige Druckaustauscher
bezeichnet werden können, arbeiten mit je zwei Verdichtungs- und Verdünnungswellen.
Der pro Druckwelle erreichbare Drucksprung kann beliebig erhöht werden. Fig. g zeigt
die Abwicklung eines zweistufigen Zellenrades, das mit vier Verdichtungs- und vier
Verdünnungswellen arbeitet.
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i ist die Abwicklung des Zellenrades mit schrägen Zellen ,4; 2 und
3 sind das Gehäuse. Die Spülung auf der unteren Druckstufe geht aus dein Rauin 5
in den Raum 7. Die erste Druckwelle entsteht an der Kante 8, die das Ende der Zelle
plötzlich abschließt. Die zweite Welle entsteht an der Kante 20, bei der die Zelle
mit einem Raum 21 in Verbindung kommt, in dein ein Druck zwischen Unter-und Oberstufe
herrscht. Diesem kann in bekannter Weise Gas, das den "Zellen ini Expansionsabschnitt
entnommen worden ist, durch einen Kanal 22 zugeführt werden. Das zugeführte Gas
kann auch einer anderen Quelle entstammen. Die Welle erreicht im Punkt 23 das Zellenende,
findet dort eine geschlossene Wand, wird reflektiert und durchschießt als dritte
Verdichtungswelle die Zelle von hinten nach vorn. Wenn die Welle vorn ankommt, wird
die Zelle durch die Kante 24 'geschlossen. Während der ganzen Wanderzeit der Welle
auf dem strichpunktierten Zug 20-23-24 strömt Gas aus 21 in die Zelle. Der vierte
Wellenzug nimmt wie beim einstufigen Rad seinen Ursprung an der Kante io.
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Die Expansion spielt sich in ähnlicher Reihenfolge ab: Erste Verdünnungswelle
i4-15 am Ende der Spülung, zweite Verdünnungswelle 25-26 beim einseitigen Öffnen
der Zelle auf dein Zwischenraum 27, der mit 21 in Verbindung stehen kann, Reflexion
der Welle am geschlossenen Zellenende bis 26 und Rückweg 26-28 als dritte
Welle. Während die Welle auf 25-26-28 wandert. strömt Gas aus der Zelle in den Rattm
27 und hinüber nach 21. Die vierte Verdünnungswelle 16-i7 entsteht bei der Einleitung
des unteren Spülvorganges.
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Die Bildung der Verdichtungswellen 20-23-2i und der entsprechenden
Verdünnungswellen 5-26-28 kann mehrmals wiederholt werden. Man erhält dadurch mehrstufige
Druckaustauscher. Man kann z. B. auch die Verdichtung einstufig, die Entspannung
zweistufig machen, vorzugsweise wenn das Expansionsgas
heißer ist
als das Kompressionsgas. Getrennte Druckaustauscher können auch in Reihe geschaltet
werden.
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Zur Verdeutlichung der Anwendung des Druckaustauschers ist in Fig.
io das Schema einer Verbrennungsturbinenanlage dargestellt. i-i ist der abgewickelte
Umfang des Zellenrades. Es sind nur einige Zellenwände 4 angedeutet. Frischluft
tritt bei 5 in das Rad, wird durch zwei Druckwellen verdichtet und tritt bei 13
wieder aus. Die Druckluft tritt bei 40 in einen dreistufigen Wärmeaustauscher 4i
ein, wo sie weiter vorgewärmt wird und bei 42 wieder austritt. Sie wird sodann in
einer Brennkammer 43 durch Verfeuerung eines Brennstoffes weiter erwärmt. Die Abgase
der Brennkammer gelangen teilweise in eine die Nutzleistung liefernde Turbine 44.
Teilweise kehren sie bei i i zum Druckaustauscher zurück, werden entspannt, treten
bei 7 aus und werden bei 45 dem Wärmeaustauscher zugeführt, wo sie einen Teil ihrer
Restwärme an die Druckluft übertragen und in den Kamin So entweichen.
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Die bei 5 eintretende Luft verdrängt das bei 7 austretende Abgas.
Die Berührungsfront beider Gase bleibt nicht scharf bestehen. Es findet infolge
Wärmeleitung, Turbulenz, Grenzschichtbildung an den Wänden und unterschiedlicher
Massenkräfte auf die verschieden dichten Gase eine meistens unerwünschte gegenseitige
Durchdringung statt. Diese Mischzone erstreckt sich in Fig. io auf einen keilförmigen-Raum
46 zwischen den kalten und warmen Strömen 5 und 7. Eine ähnliche Zone 48 entsteht
auf der oberen Druckstufe. Diese Durchdringungen können weitgehend unschädlich gemacht
werden, wenn man die Mischzonen durchspült und dafür sorgt, daß praktisch nur kalte
Luft eingeschleust und nur heiße Gase ausgeschleust werden.
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Wärme wird durch die Zellenwände vom heißen zum kalten Gas übertragen.
Die Erwärmung des kalten Gases und die Abkühlung des heißen Gases während der kurzen
Zeitspanne, die vom Einströmen in die Zelle bis zur Schließung der Zelle geht, ist
schädlich. Der Zelleninhalt wird während dieser Zeit nicht gleichmäßig durchwärmt,
sondern nur die in Wandnähe liegende Schicht. Infolge der schrägen Anordnung der
Zellen ist die Fliehkraft auf die Grenzschicht größer als auf den Gaskern. Die Grenzschicht
strömt an den Wänden entlang nach außen. Man kann im Spülabschnitt, wo kein Druckunterschied
zwischen benachbarten Zellen herrscht, Aussparungen und Kanäle im Gehäuse vorsehen,
die die abströmende Grenzschicht aufnehmen und mit Mischgas abführen.
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Fig. i i stellt einen Ausschnitt aus einem Druckaustauscher dar. Die
Pfeile 3o kennzeichnen die Grenzschichtströmung. 31 ist der Kanal im Gehäuse, der
zur Aufnahme der ausgeschleuderten Grenzschicht dient.
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Wenn wie im Beispiel der Fig. io ein Wärmeaustauscher vorhanden ist,
ist es -vorteilhaft, die durchgespülten Mischgase getrennt durch die Kanäle 47 und
49 aufzufangen und sie entweder einer Zwischenstufe oder überhaupt nicht dem Wärmeaustauschcr
zuzuführen.
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In Fig. io führt eine Luftleitung 51 mit Regulierorgan zur Turbine
44. Da die Wände des Zellenrades abwechslungsweise mit kalten und heißen Gasen in
Berührung kommen, wird dieses oft eine höhere Temperatur ertragen können als die
nur mit Heißgas arbeitende Turbine 44. Somit besteht das Bedürfnis, die beiden Temperaturen
unabhängig regeln zu können, was z. B, mit Hilfe der Luftleitung 51 möglich ist.
Man kann die Turbine 44 auch ausschließlich mit vorgewärmter Luft durch -die -Leitung
51 speisen, z. B. wenn man Flugasche von ihr fernhalten will. Die Turbine arbeitet
im allgemeinen mit höheren Strömungsgeschwindigkeiten als das Zellenrad und ist
der Erosion stärker ausgesetzt.
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Der Läufer des Druckaustauschers kann mit am Umfang offenen oder geschlossenen
Zellen ausgeführt werden. Fig. i zeigt offene, Fig. 12 dagegen geschlossene Zellen.
Die Zellenwände 4 sind an den Enden abgebogen und zusammen verschweißt. Hohe Zellen
können durch eine Zwischenwand 32 unterteilt werden, die einen Teil der auf den
Zelleninhalt wirkenden Fliehkräfte trägt. Die Zwischenwand kann auch im Gehäuse
eine Fortsetzung finden und erlaubt dort eine Anpassung der Strömung an die verschiedenen
Um= fangsgeschwindigkeiten der inneren und äußeren Zellenteile. Die mittlere Meridianlinie
der Zellen kann axial, schräg oder radial. verlaufen. Sie kann gerade oder gekrümmt
sein. Fig. 13 zeigt einen Druckaustauscher, dessen Querschnitt einem Fliehkraftgebläse
ähnlich ist. Diese Form kann mit Vorteil angewendet werden, wenn das Zellenrad während
der Spülung als Turboverdichter arbeitet.
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Aus der Beschreibung der Wirkungsweise des Druckaustauschers geht
hervor, daß genau rechtzeitiges Öffnen der Zellenenden durch die Steuerkanten von
Wichtigkeit ist. Es ist daher von Vorteil, die Steuerkanten oder wenigstens einen
Teil derselben einstellbar zu machen. In Fig. 5 können beispielsweise die Kanten
8 und 12 mit Hilfe der Hebel 35 und 36 verschoben werden. Ihre Lage kann dadurch
allfälligen Änderungen der Schallgeschwindigkeit infolge Temperaturwechsels angepaßt
werden. Auch wenn der Druckaustauscher mit veränderlichem Druck, veränderlichen
Spül-
und Umfangsgeschwindigkeiten arbeitet, so z. B. daß das Verhältnis Spül- zu Umfangsgeschwindigkeit
gleich bleibt, ist eine Verstellung, und zwar selbsttätig, während des Betriebes
erwünscht.
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Da die öffnungszeit der Zellenenden durch die Steuerkanten eine gewisse,
wenn auch kleine Zeit erfordert, so entstehen Druckwellen mit abgeflachter Front.
Der erste Druckimpuls, der beim öffnen der Zelle entsteht, wandert einen gewissen
Weg in die Zelle, bis der Zelleneingang vollkommen freigegeben ist und das Gas ungehindert
nachströmen kann. Man muß dafür sorgen, daß dieser Weg im Verhältnis zur Zellenlänge
nicht allzu groß ist, etwa durch geeignete Wahl der Zellenteilung, der Umfangsgeschwindigkeit
und des Schrägwinkels der Zellen. Andererseits muß bei der Wahl dieser Größen auf
die Strömungsverluste und auf den Wärmeübergang Rücksicht genommen werden. Es ist
vorteilhaft, die Steuerkanten leicht abzurunden, um die Strömungsverluste während-
der öffnungs-und Schließzeit zu verringern. Endlich gibt es Fälle, wo zur Anpassung
an verschiedene Betriebsbedingungen veränderliche Strömungswinkel nötig sind, die
man in bekannter Weise durch drehbare Lauf- oder Leitschaufeln erzeugen kann.