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Druckaustauscher
| 1)ie \-orlicgeilde I?rfincluiig bezieht sich auf |
| 1 @rucl;austauscher, worunter rotierende Maschinen |
| zu Ncr:telieii sind. z. l'). @Värmekraftmaschinen, die |
| finit cinetu gasförmigen Fluidum arbeiten, welche |
| zuin niin<lesteti einen Rotor umfassen, in dem |
| "Zellen kreisförmig nebeneinander angeordnet sind |
| uiid wobe i cler Arbeitsgang dieser Maschinen die |
| Kompression von Gas in einigen Zellen der Reihe |
| und clic gleichzeitige Expansion von Gas in anderen |
| Zellen vier IZeilie umfaßt und die so gebildeten Korn- |
| pressimis- und Expansionsstufen Wärmeaufnahme- |
| und `,@';irmeal>galiestufen bei Hoch- bzw. N7ieder- |
| drtick zugeordnet sind, mit dem sich daraus |
| ergclwnclen Stroin von Gas in die und/oder aus den |
| Zellen. |
Der in einer Wärmeaufnahmestufe entstehende Gasstrom braucht, wenn möglich, nicht
mehr zu sein als die Entfernung von überschüssigem Gas aus den Zellen, «-elches
von der Volumenzunahme infolge Erhitzens herrührt, und in ähnlicher Weise braucht
der in einer Wärmeabgabestufe entstehende Gasstrom, wenn möglich, nicht mehr zu
sein als das Auffüllen von Gas in den Zellen, um den vom Abkühlen herrührenden Volumenverlust
auszugleichen.
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In der Praxis läßt man zweckmäßigerweise zum mindesten die Wärmeabgabe
und evtl. auch die Wärmeaufnahme außerhalb der Zellen vor sich gehen, und zu diesem
Zweck ist vorgeschlagen worden, den mit den Wärmeabgabe- und. Wärmeaufnahmestufen
verbundenen
Gasstrom durch das im nachstehenden als Spülung bezeichnete Verfahren vorzunehmen,
bei welchem in jeder Zelle, welche in die Wärmeaufnahme- bzw. Wärmeabgabezone eintritt,
ihr Gasinhalt durch anderes Gas entfernt und ersetzt wird, welches außerhalb der
Zellen besonders erhitzt bzw. gekühlt worden ist oder welches in beiden Fällen einer
Gaszufuhrquelle entnommen wird, welche bereits die gewünschte hohe bzw. tiefe Temperatur
besitzt, und dieses Verfahren der Entfernung und des Ersatzes hat einen dauernden
Gasstrom zur Folge, welcher durch die Zellen Hießt, in welchen dieser Vorgang vor
sich geht.
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Die Stellen in dem Arbeitskreislauf, an welchen die «-ärmeaufnahme
und die Wärmeabgabe stattfinden, hängen von dem Zweck ab, für den die \laschine
bestimmt ist. Wenn der Druckaustauscher als Quelle heißen hochgespannten Gases dienen
soll, z. B. zur Expansion in einer Gasturbine oder in einer anderen Kraftmaschine,
um mechanische Arbeit zu leisten, dann erfolgt die Wärmeaufnahme unter hohem Druck
und die Wärmeabgabe unter niedrigem Druck. Soll dagegen der Druckaustauscher in
Verbindung mit einer Wärmepumpe oder einer Kühlmaschine verwendet werden, dann ist
das Umgekehrte der Fall, d. h. Wärmeaufnahme bei niedrigem Druck und Wärmeabgabe
bei hohem Druck.
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Der Druckanstieg oder zum mindesten ein Teil desselben, wie er in
der Maschine eintritt, kann durch Expansionsstufenzellen bewirkt werden, welche
mit Kompressionsstufenzellen in Verbindung gesetzt werden, wodurch das Gas in den
"Zellen höheren Drucks in die Zellen niedrigeren Drucks expandiert, wobei das Gas
in den letztgetannten Zellen verdichtet wird mit dem sich daraus ergebenden Strom
von etwas Gas aus den Expansionszellen zu den Kompressionszellen. Solch eine Gasströmung
oder eine, die in ihrer Wirkung einer solchen gleichkommt, soll nachstehend als
Übertrittsgasstrom bezeichnet werden zum Unterschied von der Gasströmung, die mit
den Wärmeaufnahme- und Wärmeabgabestufen verbunden ist.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung von Druckaustauschern
einer neuartigen Arbeitsweise, die im allgemeinen und im Vergleich zu bekannten
Vorschlägen fähig sind, eine bessere Leistung zu ergeben, z. B. durch die Herabsetzung
der unvermeidlichen Verluste, und welche noch gewisse andere Vorzüge aufweisen,
wie z. B. einfache Bauart, hohe spezifische Leistung u. dgl. in.
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Die vorliegende Erfindung sieht einen wie oben definierten Druckaustauscher
vor, bestehend aus zwei Rotoren, jeder mit Zellen versehen, die nebeneinander kreisförmig
angeordnet sind, ferner aus einem Stator, der in geeigneter Weise für den mit der
Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe verbundenen Gasstrom mit Schlitzen versehen ist, wobei
der Arbeitskreislauf der Maschine der ist, daß im Betrieb die Expansionszellen jedes
Rotors mit den Kompressionszellen des anderen Rotors in Verbindung gesetzt werden,
so daß in jedem Rotor die Kompression des Gases durch die im anderen Rotor auftretende
Expansion des Gases erfolgt mit der sich daraus ergebenden Strömung von Übertrittsgas
aus jedem Rotor in den anderen.
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Die vorliegende Erfindung schließt Anordnungen mit mehr als zwei Rotoren
ein, von denen jedes Paar bzw. die Paare im Betrieb so zusammenarbeiten, wie es
in dem vorhergehenden Abschnitt geschildert worden ist.
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Die Rotoren können gegenläufig sein und in Tandembauart, d. h. praktisch
gleichachsig oder in irgendeiner anderen Weise angeordnet werden. Wahlweise können
gegenläufige, gleichachsige Rotoren, der eine innerhalb des anderen, angeordnet
werden.
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Spülen, wie oben definiert, wird vorzugsweise zum mindesten in der
Wärmeabgabestufe verwendet. Eine solche Spülung kann mit Bezug auf die Rotoren hintereinander
oder auch nebeneinander erfolgen.
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In Fällen, wo praktisch gleichachsige Rotoren in Tandemanordnung verwendet
werden, können sie voneinander durch Statoren getrennt sein, oder sie können auch
dicht nebeneinander angeordnet werden, ohne ein solches feststehendes Bauelement
zwischen ihnen.
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Die feststehenden Bauelemente (Statoren) zwischen den Rotoren können,
wo sie vorhanden sind, vorteilhafterweise mit Kanälen für .die Überleitung von Übertrittsgas
und/oder mit Schlitzen für die Strömung von Spülgas versehen werden.
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Derartige Anordnungen bieten den Vorteil der Verwendung größerer Durchgangsquerschnitte
für das Spülgas, wodurch die mit der Spülung verbundenen Verluste verringert werden,
wie auch den der Zunahme der spezifischen Leistung, da ein größerer Durchsatz an
Gasvolumina in der Maschine möglich ist. Die ortsfesten Kanäle für das Übertrittsgas
gestatten auch, den Kanälen eine bessere Form zu geben oder die Anordnung von Leitflügeln
oder Leitschaufeln in ihnen, wodurch die Verluste infolge relativer Drehung herabgesetzt
werden können. Die stationären Kanäle dienen stets nur für Gasströmungen in einer
Richtung. So kann ihre Gestalt dem Gasstrom angepaßt werden, wohingegen, wenn solche
stationären Kanäle nicht vorhanden sind, die verfügbaren Durchgänge, da sie dann
in den Rotoren vorgesehen sind, für den Gasstrom in beiden Richtungen dienen müssen,
da ja jede Zelle abwechselnd unter Kompression und unter Expansion steht.
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Weitere wahlweise Kennzeichen der vorliegenden Erfindung werden weiter
unten noch erscheinen. Die vorliegende Erfindung kann bei Druckaustauschern nutzbar
gemacht werden, bei welchen ein Teil oder der gesamte Druckanstieg 1>zw. Druckabfall,
wie er in der Maschine auftritt, durch Kompressions- und Expansionswellen bewirkt
wird.
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Der sog. Druckaustausch zwischen Gas, welches expandiert, und Gas,
welches verdichtet wird, z. B. zwischen Expansionszellen, welche durch Übertrittsgasöffnungen
in Verbindung mit Kompressionszellen stehen, der auch den Namen für die in
| Rede stehenden '-Maschinen abgegeben hat, läuft, |
| ganz allgemein gesprochen, meistens auf den Aus- |
| gleich der Druckdifferenz zwischen den miteinander |
| in Verbindung stehenden Zonen,hinaus. Durch eine |
| geeignete Konstruktion kann es indessen möglich |
| gemacht werden, den Austauschprozeß über den |
| =lusgleichspunkthinaus fortzusetzen, d. h. bis der |
| Druck des komprimierten Gases sich Über den des |
| expandierten Gases erhebt. |
| Die .lrlieitsweise eines bekannten Druckaus- |
| tauschers und auch verschiedene Beispiele für |
| Druckaustauscher gemäß der vorliegenden Erfin- |
| dung «-erden nunmehr unter Bezugnahme auf die |
| Zeichnungen beschrieben werden. Dabei soll der |
| Zweckmäßigkeit halber angenommen werden, daß |
| die beschriebenen Maschinen dazu bestimmt sind, |
| heißes Gas unter Druck zu liefern, z. B. Gas zur |
| Expansion in einer Turbine, um mechanische @r- |
| lmit zu verrichten. In den Zeichnungen sind |
| 1# ig. i und 2 schematische Darstellungen zur Ver- |
| anschaulichung der Arbeitsweise eines bekannten |
| Druckaustauschers, wobei Fig. i ein Querschnitt |
| <furch den Rotor ungefähr nach Linie I-1 der Fig. 2 |
| ist, während die Fig. 2 eine schematische Darstel- |
| lung ist, in welcher der Rotor und die zugehörigen |
| Baueleiiiente in der !lxialrichtung im Schnitt dar- |
| gestellt sind, ungefähr nach Linie II-II der Fig. i. |
| Die übrigen Zeichnungen beziehen sich auf |
| Druckaustauscher gemäß der vorliegenden Erfin- |
| dung, und zwar stellen die Figuren die folgenden |
| Finzellieiten dar: |
| Fig. 3 ist ein :@xialschnitt einer Maschine gemäß |
| der \-orliegenden Erfindung, und zwar ist der |
| Schnitt nach zwei verschiedenen, unter rechtem |
| Winkel zueinander stehenden Ebenen genommen, |
| wie er durch die Linien 111-11I in Fig. 4 dar- |
| gestellt ist, so daß die obere Hälfte der Figur ein |
| Schnitt durch einen Teil der Maschine ist, in |
| welchem Spulen stattfindet, während die untere |
| Hälfte ein Schnitt durch einen Teil der Maschine |
| ist, in welchem Kompression und Expansion mit |
| der sich daraus ergebenden Strömung von über- |
| trittsgas stattfindet; |
| Fig. 4 ist ein Querschnitt nach Linie IV-IV der |
| Fig. 3; |
| Fig. @ ist eine Teilansicht nach Linie V-V der |
| Fig. 3; |
| Fig. 6 ist ein Schema der Arbeitsweise der in den |
| '-. 3 bis 5 dargestellten Maschine sowie anderer |
| F 1, |
| Nfaschinen. welche weiter unten noch beschrieben |
| \\-erden; |
| Fig. 7 ist ein :lxialschnitt einer besonderen Aus- |
| führungsform der Maschine in zwei Ebenen, die |
| im rechten Winkel zueinander stehen, nach der |
| Linie VII-VII der Fig. 8; |
| Fig. 9 ist eine Vorderansicht der Scheidewand, |
| welche die leiden Rotoren voneinander trennt; |
| Fig.9 stellt eine weitere Ausführungsform dar |
| und ist ein Halbaxialschnitt durch einen Teil der |
| ,Maschine, iii welchem Spülen stattfindet; |
| Fig. io ist ein Querschnitt ungefähr nach der |
| Linie X-X der Fig. 9; |
| Fig. i i stellt eine wahlweise Ausführung der |
Maschine dar, und zwar in einem Axialschnitt nach im rechten Winkel zueinander stehenden
Ebenen, wie sie durch die Linie XI-XI in Fig. 12 ange= deutet sind; Fig. 12 ist
eine Vorderansicht der in Fig.
I I dargestellten Maschine; Fig. 13 zeigt
eine Maschine, bei welcher der eine Rotor konzentrisch in dem anderen angeordnet
ist; Fig. 14 ist ein Kreislaufschema der Arbeitsweise der in Fig. 13 dargestellten
Maschine; die Fig. 15 bis 20 beziehen sich auf weitere Ausführungsforinen, und zwar
sind die Fig. 15, 17, 18 und i9 Axialschnitte in zwei unter rechtem Winkel zueinander
stehenden Ebenen, also Fig. 15 ein Schnitt nach Linie XV-XV der Fig. 16 und Fig.
16 ein Querschnitt nach Linie XVI-XVI .der Fig. 15; Fig. 20 ist ein Kreislaufschema
mit ähnlichen Bezeichnungen wie in den Fig. 6 und 14.
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Der bereits bekannte, in den Fig. i und 2 dargestellte Druckaustauscher
arbeitet gemäß den allgemeinen bekannten Prinzipien und umfaßt einen Rotor 24, der
aus inneren und äußeren Zylindern besteht, zwischen welchen sich radiale Scheidewände
erstrecken, um Zellen 27 zu bilden. Der Rotor dreht sich in der Richtung des Pfeiles
R innerhalb eines feststehenden Gehäuses 25, und jedes Rotoreade ist teilweise durch
sektorförmige feste Endplatten. 28 abgedeckt, während es über den Sektoren A-B und
C-Ip offen bleibt, um Schlitze zu bilden. Die Zellen sind an jedem axialen Ende
offen. Innerhalb des Rotors befindet sich ein stationäres Bauelement mit Kanälen
oder Rohren 29, welche eineVerbindung mit entsprechendenÖffnungen 3o am inneren
Umfang des Rotors herstellen können, und zwar ist für jede Zelle eine solche Öffnung
vorgesehen. Bei Niederdruckspülung, welche Wärmeabgabe mit sich bringt, führt ein
Kanal 32, in welchem sich ein Ventilator 32Q dreht, der Maschine 'Frischluft zu,
welche die Niederdruckabgase aus den Zellen herausfegt und die letzteren mit Frischluft
auflädt. Die Niederdruckabgase werden durch den Kanal 33 abgeführt. Bei Hochdruckspülung
verläßt komprimiertes Gas die Maschine durch den Kanal 35, wobei seine Temperatur
wie auch sein Volumen durch die Verbrennung von Brennstoff in einer Verbrennungskammer
36 eine Zunahme erfahren; unterhalb der letzteren, in der Strömungsrichtung gesehen,
wird ein Teil des Gases durch den Kanal 34, in welchem sich ein Ventilator 34" dreht,
der Maschine wieder zugeführt, um das Gas aus den Zellen zu fegen, welches beim
Betrieb der Maschine dort verdichtet worden ist, und um die Zellen mit frischem,
zur Expansion in der Maschine bestimmtem, komprimiertem Gas wieder aufzuladen. Der
verbleibende Teil des die Verbrennungskammer verlassenden Gases geht durch den Kanal
37 zu einer Verwendungsstelle, z. B. zur Expansion in einer Turbine.
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Die Arbeitsweise der Maschine ist die folgende: Bei in geeigneter
Weise angetriebenem Rotor wird jede Zelle, welche die Niederdruckzone A-B verläßt,
mit Frischluft unter Atmosphärendruck aufgeladen. Bei der weiteren Bewegung der
Zelle
erreicht diese einen Punkt, wo die Öffnung 30 sich
mit einem der Kanäle 29 deckt, der die Zelle mit einer Zelle im Kreisbogen A-D,
welche Gas unter l1@iherem Druck enthält, in Verbindung setzt. Das ( @as in dieser
letzteren Zelle expandiert, woraus sich ein Gasstrom, das sog. Übertrittsgas, aus
der Zelle in A-D zu der Zelle in B-C ergibt, bis der Druck in beiden Zellen ausgeglichen
ist. Auf diese Weise hat sich das Gas in der Zelle im Kreisbogen A-D auf einen niedrigeren
Druck gedehnt, während das Gas in dem Kreisbogen B-C auf einen höheren Druck verdichtet
wurde. Da jede Zelle sich durch den Kreisbogen B-C bewegt, wird sie durch die Kanäle
29 nacheinander mit anderen Zellen in dem Kreisbogen A-D in Verbindung gesetzt,
welche Gas unter höherem Druck enthalten, so claß bei fortdauernder Drehung des
Rotors die den Kreisbogen B-C durchlaufende Zelle durch aufeinanderfolgende Verdichtung
des Gases auf einen hohen Enddruck gebracht wird. Die einzelnen Zellen in dem Kreisbogen
F-C stehen in jedem Augenblick unter eitlem Druck, welcher in der Richtung des Pfeils
P zunimmt. We»>i die Zelle die Hochdruckspülzone erreicht, wird die Gasladung hinausgefegt
und durch eine neue Ladung verdichteten Gases ersetzt. Wenn die in den Kreisbogen
D-A eintretende Zelle durch die Öffnung 30 und einen der Kanäle 29 mit der letzten
Zelle in dem Kreisbogen B-C in Verbindung gesetzt wird, kann das Gas in der Zelle
höheren Drucks (Bogen D---1) expandieren und die Verdichtung des Gase: in der Zelle
niedrigeren Drucks bewirken. Auf diese «'eise geht der Betrieb weiter, und die aufeinanderfolgenden
Zellen im Kreisbogen D-A haben in jedem Moment in der Drehrichtung abnehmende Drucke.
Wenn eine Zelle in den N iederdruckspiiltingskreisbogen A-B eintritt, wird sie wiederum
gespült und mit Frischluft von Atmosphärendruck aufgeladen.
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Das in der #Iaschine expandierende Gas wird nicht vollständig auf
den Atmosphärendruck der frischen Niederdruckladung entspannt, und umgekehrt wird
das in der Maschine verdichtete Gas nicht auf den höchsten Druck des Kreislaufs
verdichtet, d. h. auf den des frischen Hochdruckgases. welches in die Zone C-D eingeführt
wird.
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Theoretisch ist es lediglich notwendig, in der IIeizzone C-D aus den
Zellen das überschüssige (las zu entfernen, welches sich aus der Volumenzunahme
infolge Erliitzens ergibt, und umgekehrt ist es in der Kühlzone lediglich notwendig,
durch Zusatzgas den Volumenverlust auszugleichen, der durch Wärmeabgabe herbeigeführt
wurde. Es hat sich indessen als zweckmäßig erwiesen, das Spülsystem einzuführen,
wobei der Inhalt der Zellen in den Zonen A-B und C-D gänzlich ersetzt wird.
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Wenn wir uns nun den Maschinen gemäß der vorliegenden Erfindung zuwenden,
so sei zunächst das in den Fig.3 bis 5 dargestellte Beispiel beschrieben.
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Die Rotoren i und i' sind, wie dargestellt, in Tandenibauart hintereinander
angeordnet und werden in geeigneter Weise so angetrieben, daß sie gegenläufig rotieren.
Jeder der Rotoren i und i' besitzt innere Zylinder 3 bzw. 3' und äußere Zylinder
3a bzw. 3ö sowie radiale Zwischenwände 2a, welche eine Umfangsreihe von Zellen 2
bilden. Die Zellen sind an ihren äußeren Enden 4 bzw 4 vollkommen geöffnet, abgesehen
davon, daß die Öffnungen in ihrer Größe durch hier nicht dargestellte schmale Stege
ein wenig verengert werden können, wobei diese Stege zum Anbau von Labyrinthdichtungen
verwendet werden können, um Undichtheiten bzw. das Überströmen von einer Zelle des
gleichen Rotors zu den anderen Zellen des gleichen Rotors zu vermindern. An ihren
benachbarten Enden 5 bzw. 5' sind die Zellen teilweise offen, wobei die Öffnungen
6, welche den Übertritt von Gas aus den Expansionszellen eines Rotors zu den Kompressionszellen
im anderen Rotor zulassen, sich nur über etwa die Hälfte der Breite am Umfang jeder
Zelle erstrecken. Diese Anordnung verhindert, daß eine Zelle zu gleicher Zeit mit
mehr als einer anderen Zelle in Verbindung steht, ausgenommen während der Spiilperioden.
Die Zellen sind durch konzentrische zylindrische Scheidewände 7 bzw. 7' in zwei
Abteilungen geteilt, wobei die zylindrische Scheidewand sich von den äußeren Enden
der Zellen nach innen zti erstreckt, aber kurz vor den inneren Enden aufhört, so
daß die radialen inneren und äußeren Abteilungen in jeder Zelle in der Nachbarschaft
der inneren Enden in freier Verbindung miteinander stehen. Die äußeren Enden der
Zellenrotoren sind durch stationäre Endplatten 8 bzw. S' abgedeckt, und diese besitzen
Schlitze g bzw. g' für Niederdrttckspülung sowie ähnliche Schlitze wie z. B. io'
für die Hochdruckspülung. Die N iederdruckö ffnungen nehmen einen Winkel von etwa
9o° ein (Kreisbogen A-B in Fig. 4), während die Hochdrucköffnungen sich über einen
Winkel von etwa 45' (Kreisbogen C-D in Fig. 4) erstrecken. Wenn die Zellen mit den
Spülschlitzen in Verbindung kommen, sind die offenen Außenseiten der Zellen zum
Spülen völlig frei. In dem dargestellten Beispiel besitzen die Rotoren Parallelspülung.
Die Kanäle für die Zufuhr zu komprimierender Frischluft stehen mit den radial äußeren
Abteilungen i i bzw. i i' in Verbindung, während die inneren Abteilungen 12 bzw.
12' mit den Auslaßkanälen für das expandierte Gas an den beiden Außenseiten der
Zellen in Verbindung stehen, so daß die Spülluft in die äußeren Abteilungen i i
bzw. i i' eintritt, axial durch die Zellen bis zu ihren axial inneren Seiten strömt,
damit die Abgabe aus den Zellen lierausschiebt und die letzteren wieder mit Frischluft
anfüllt, worauf dann das Spülgas seine Strömungsrichtung umkehrt und durch die radial
inneren Abteilungen 12 bzw. 12' der Zellen zurückkehrt. Diese Art des Spülens gestattet
die volle Ausnutzung des Zellenquerschnitts. Würde das Spülen durch die inneren
Öffnungen 6 stattfinden, dann würde eine erhebliche Drosselwirkung eintreten, da
der durchschnittliche freie Querschnitt nicht mehr als ein Viertel des gesamten
Umfangsquerschnitts einer Zelle beträgt. Die Hochdruckspülung kann in ähnlicher
Weise
statttiii:leil, mit dem Unterschied, daß die Strömung gegeniilier
der Niederdruckspülung umgekehrt werden kante, d. h. <las Gas tritt zunächst
in die radial inneren Zellenabteilungen ein. Zur Expansion bestimmtes komprimiertes
Gas, welches, wie ;titgenoinnien wird, aus einer Verbrennungskammer kommt, tritt
in die radial inneren Zellenabteilungen ein, und das in der Maschine komprimierte
Gas tritt aus den äußeren Abteilungen heraus, von wo es, wie ins vorliegenden Fall
angenommen wird, g iiiizlicli oder teilweise zur Verbrennungskammer
gellt, atis welcher einiges Gas zum Druckaustauscher zurückkehrt, während ein Überschuß
dazu @-er«-endet wird, :lrlieit zu leisten, z. B. in einer Turbine.
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Im Betrieb kommen die Zellen des einen Rotors, «-elche die Hochdruckspülkanäle
hinter sich lassen, durch die Öffnungen 6 in Verbindung mit den Zellen des anderen
Rotors, welche in der entgegengesetzten Richtung umlaufen und aus einem Bereich
iii(#drigeren Drucks kommen. Das Gas in den Zellen de; ersten Rotors expandiert,
tritt teilweise durch die Übertrittsgasöffnungen 6 aus und bewirkt dadurch die Verdichtung
des Gases in den Zellen des anderen Rotors. Wie in Fig. 4 gezeigt, unterlieg@n die
Zellen in dein einen Rotor auf dem Kreisbogen B-C der Verdichtung, und die einzelnen
Zellendrücke nehnteit von ß nach C zu, während dic Z:#Ilen auf dem Kreisbogen
1)-A der Expansion eilte r@@-orfen sind, wobei die einzelnen Zellendrücke
voll l) nach A abnehmen. In dem anderen Rotor, der iii der entgegengesetzten Richtung
umläuft, unterliegen die "Zellen auf dem Kreisbogen C-B gleichzeitig der Expansion,
während die von A nach I) wandernden Zellen der Kompression unterliegen. Die _@rl>citsweise
der Maschine ist in Fig. 6 schematisch <iar@g ctellt, und zwar ist die Strömung
des ('lwrtrittsgt1;es von einem Rotor zum anderen durch die finit Pfvileit versebenen
geraden Linien dargestellt. 1#:s ist zu bemerken, daß stationäre Kanäle für <las
Chertrittsgas, wie sie den Kanälen 29 der Fig. i entsprechen würden, nicht vorhanden
sind und daß die Rotoren lediglich durch einen kleinen Spielraum voneinander getrennt
sind.
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Wie dargestellt, sind die Zellenrotoren in den Lagerst 13, 16, 17
und 18 gelagert, so daß die Spielrätnne 23, 23' und 23" klein sind.
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L'Tin Undichtigkeitsverluste zu vermeiden, sind die Endplatten 8 bzw.
8' und die Endflächen der Rotoren radial nach außen verlängert, wie bei 26 dargestellt
ist, damit Dichtungsmittel, wie z. B. Labyrititlidichtungen oder Packungen, eingebracht
werden können.
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LTin die Umlichtigkeitsverluste der Maschine niedrig zti Balten, kaiirr
dieselbe in ein äußeres Geh:itise i9, 2o eingeschlossen werden, in welchem c in
mittlerer Gasdruck aufrechterhalten wird.
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In der Maschine gemäß den Fig. 7 und 8 ist die Konstruktion, wie inan
sieht, sehr ähnlich der soeben beschriebenen Bauart, abgesehen davon, claß die Rotoren
durch eine feste zentrale Scheidewand 38 voneinander getrennt sind, welche mit stati()11:ü-cii
(`lwrtrittskanälen 4o, die in ihrer Wirkungsweise den Kanälen 29 der Fig. i entsprechen,
versehen ist (s. Fig. 8). Der Spielraum, entsprechend dem von 23, 23' und 23" in
Fig. 3, muß gering sein. Die Öffnungen 39 sind die Zellenöffnungen für die Führung
des Übertrittsgases und entsprechen in ihrer Wirkungsweise den Offnungeil 6 der
Fig. 3 bis 5.
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Die wahlweise Ausführungsform der in' Fig. 9 dargestellten Maschine
ist .gekennzeichnet durch axiale Durchflußspülung im Gegensatz zu der vorher verwendeten
Umkehrspülung. Auch hier sind die Rotoren wieder durch eine feste Zwischenwand 38
getrennt, welche für den Durchtritt der Spülgase sektorförmige Schlitze, wie bei
41 in Fig. io gezeigt, besitzt. Die Öffnungen 39 für das Übertrittsgas sind, wie
dargestellt, in benachbarten Enden der beiden Rotoren radial außen angeordnet, so
daß sie .den Strom .des Spülgases nicht behindere. Wie man sehen kann, werden die
Rotoren hintereinander gespült.
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Die Fig. i i und 12 zeigen eine weitere Ausführungsform der Maschine,
bei welcher axiale Durchflußspülung hintereinander verwendet wird. Bei dieser Maschine
werden die Rotoren wiederum durch eine feste Scheidewand 38 voneinander getrennt,
die für .den Durchtritt der Spülluft in ähnlicher Weise wie die Zwischenwand 38
in der Fig. io mit Schlitzen versehen ist. In dem vorliegenden Fall sind die Öffnungen
39 für das Übertrittsgas rund um die äußeren peripheren Wandungen der Zellen angeordnet;
im Betrieb decken sich diese Öffnungen mit ähnlichen Öffnungen 40 in dem festen
Gehäuse, und diese Öffnungen 40 sind, wie dargestellt, durch die Rohre 42, welche
in ihrer Wirkungsweise den Kanälen 29 der Fig. i entsprechen, verbunden. Wahlweise
ist es möglich, die in Fig. i i in gestrichelten Linien dargestellte Ausführungsform
zu gebrauchen, d. h. die Öffnungen 39
werden an den inneren peripheren Wandungen
der Zellen angebracht und die Rohre42, wie dargestellt, innen angeordnet, so daß
sie mit der Zwischenwand aus einem Stück sind.
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Die Fig. 13 zeigt eine Maschine, welche sich in ihrer Wirkungsweise
eng an die unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 beschriebene anlehnt, jedoch mit
dem Unterschied, daß die Rotoren konzentrisch, der eine innerhalb des anderen angeordnet
sind, während die allgemeine Anordnung aus der Zeichnung hervorgeht. Die Öffnungen
39 für das Übertrittsgas sind in der Innenwandung des äußeren Rotors sowie in der
Außenwandung des inneren Rotors vorgesehen. Die Figur ist wiederum ein Axialschnitt
in zwei unter rechtem Winkel zueinander stehenden Ebenen, so daß die obere Hälfte
eine Spülzone und die untere Hälfte eine Zone zeigt, in welcher der Druckaustausch
stattfindet, mit dem sich daraus ergebenden Strom von Übertrittsgas.
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Verschiedene andere wahlweise Arten von Maschinen mit Rotoren in Tandemanordnung
sind möglich unter Verwendung von Hintereinander-oder Parallelspülung, bei welchen
die Rotoren durch ortsfeste Bauelemente voneinander getrennt
sind,
@%-elche Kanäle für das Übertrittsgas und/oder Spülschlitze oder wahlweise auch
keines von beiden haben können. Wenn Parallelspülung verwendet wird, kann die Strömungsrichtung
der einzelnen Spülströme so gewählt werden, wie es zweckmäßig ist. Einige dieser
weiteren Ausführungsformen sind in den Fig. 15 bis 2o dargestellt, bei welchen die
folgenden Bezugsziffern gewählt wurden: 38 stationäre Zwischenwand zwischen den
Rotoren, 39 besondere Spülschlitze am äußeren Zellenumfang, 39" besondere
Spülschlitze am äußeren Zellenumfang, die abwechselnd für den Übertritt des Gases
und für den Spülstrom verwendet werden, 4o Übertrittsgasöffnungen im ortsfesten
Bauelement, 41 Spülschlitze im ortsfesten Bauelement, 42 ortsfeste Rohre für das
Übertrittsgas.
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In den Fig. 15 bis 18 sind beide Enden der Zellen für den abwechselnden
Durchgang des Übertrittsgasstroms und des Spülstroms offengelassen. In Fig. ig können
die inneren Enden der Zellen geschlossen «erden, während die äußeren Enden offenbleiben.
Die Pfeile in der oberen Hälfte der Axialschnitte bezeichnen den Spülstrom, diejenigen
in der unteren Hälfte den Übertrittsgasstrom.
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Die gestrichelten Linien in der Fig. ig zeigen eine andersartige Führung
für die Spülgase, woraus sich die Anordnung weiterer Schlitze in den Zellen ergibt.
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Einige der oben beschriebenen Maschinentypen können vorteilhafterweise
so konstruiert werden, daß jede Arbeitsstufe verdoppelt ist, also für jeden Rotor
zwei Wärmeaufnahmestufen, zwei Wärmeabgabestufen, zwei Expansionsstufen und zwei
Kompressionsstufen. Die Arbeitsweise einer solchen Maschine ist in Fi,g. 2o veranschaulicht.
Natürlich müßten dann die Gasführungen dementsprechend auch verdoppelt werden.