CH342415A - Verfahren zum Verdichten von Gas in einem Zellenrad-Druckaustauscher und Druckaustauscher zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

  Verfahren zum Verdichten von Gas in einem     Zellenrad-Druckaustauscher     und     Druckaustauscher    zur     Durchführung    des Verfahrens    Die Erfindung befasst sich mit der Erzeugung von  Druckgas in einem     Zellenrad-Druckaustauscher.    Das  ist eine an sich bekannte Maschine mit Zellen für die  Verdichtung und Expansion von Gas, Leitungen zur  Zu- und Abfuhr von Gas an verschiedenen Zonen  und Antriebsmitteln zur     Herbeiführung    einer Drehung  des Zellenrades zwecks Herstellung einer zyklischen  Verbindung zwischen den Zellen und den Leitungen.  



  Es ist bereits vorgeschlagen worden, ein Gas, wie  zum Beispiel Luft, in dem Zellenrad eines     Druckaus-          tauschers    zu verdichten, durch Einführung von  Hochdruckgas in Zellen, die     Niederdruckluft    enthal  ten. Die Luft wird dann durch die direkte Wirkung  des Hochdruckgases bei der Herstellung des Druck  ausgleiches in der Zelle verdichtet. Das Hochdruck  gas, das aus     erhitzter    Luft bestehen kann, wird durch  geeignete Leitungen in die Zellen eingeführt und die  verdichtete Luft durch andere Leitungen abgeführt.  Die Speisung mit verdichtetem, heissem Hochdruck  gas erfolgt dabei durch eine ausserhalb der Zellen  gelegene     Erhitzungsvorrichtung.     



  Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren  zum Verdichten eines Gases in einem     Zellenrad-          Druckaustauscher    mittels Verbrennung     innerhalb    der  Zellen des     Druckaustauschers,    gekennzeichnet durch  die Reihenfolge nachstehender Massnahmen:

    a) Laden der Zellen     teils    mit einem brennbaren  Gasgemisch und teils mit dem zu verdichtenden Gas,  b) Zünden des brennbaren Gasgemisches von  einem Zellenende aus bei beiderseits geschlossener  Zelle zum Zwecke der Gasverdichtung,  c) öffnen -des dem Zündende entgegengesetzten  Zellenendes und       d)    Mitbenutzung des     Verbrennungsdruckes    der  verbrannten Teilladung zum     Ausschieben    des ver  dichteten Gases.

      Gegenstand der Erfindung ist auch ein     Druck-          austauscher    zur Durchführung dieses Verfahrens, ge  kennzeichnet durch .eine Leitung zur     Zuführung    des  zu verdichtenden Gases,     in    deren Wandung eine Ein  spritzdüse angeordnet ist, mittels welcher Brennstoff  in einen Teil des zugeführten Gases eingespritzt wird.  



  Anhand beiliegender Zeichnung, die zwei Ausfüh  rungsbeispiele des erfindungsgemässen     Druckaustau-          schers    darstellt, wird auch das erfindungsgemässe Ver  fahren beispielsweise erläutert.  



       Fig.    1 und 2 zeigen     diese    beiden     Ausführungs-          beispiele    schematisch in Abwicklung.  



  In der     Ausführungsform    nach     Fig.1    bewegt sich  das Zellenrad 1 im Sinne des Pfeils 2 zwischen     Stator-          platten    3 und 4. Es sei eine einzelne Zelle in der  Lage 5 betrachtet. Diese Zelle füllt sich mit Frisch  luft, die in noch zu beschreibender Weise durch die  Leitung 6 geführt wird. Ein Teil der     durch    die  Leitung 6 strömenden Luft erhält Brennstoff aus       einer    Einspritzdüse 7, die, bezogen auf den Bewe  gungssinn der Zelle, an der hintern Leitungswand an  geordnet ist. Das Gemisch tritt in die Zelle ein, kurz  bevor diese durch die Kante 8 verschlossen wird.

   Der       Brennstoff    wird in der Leitung in der Strömungsrich  tung der Luft eingespritzt, und nicht quer dazu; er  verteilt sich also nicht über dem Strömungsquer  schnitt; eine Verteilung kann sogar durch eine Zwi  schenwand     notwendigenfalls    verhindert werden. Wenn  sich die Zelle in der Lage 9 befindet,     enthält    sie  Frischluft und an ihrem Eintrittsende ein     Luft-Brenn-          stoff-Gemisch.    Der Verlauf der Grenze zwischen Luft  und Gemisch ist durch eine unregelmässige Linie an  gedeutet. Die Mischung wird entzündet, wenn die  Zelle an einer Glühkerze 10     vorbeiwandert,    die in  der     Statorplatte    4 eingebaut ist.

   Der     Druck    nimmt  bei der Verbrennung zu. Die Frischluft wird am aus-           trittsseitigen    Ende der Zelle verdichtet und dann in  die Luft- bzw.     Nutzgasabführleitung    11     hinein    ver  drängt. Diese ist so angeordnet, dass die Zelle gerade  an ihr     vorbeigewandert    ist, bevor Verbrennungsgase  in die Leitung übertreten.

   Letztere verbleiben in der  Zelle, bis diese an der Abgasleitung 12     ankommt,    um  dann in diese     hinein    zu expandieren und in der Zelle  einen     Unterdruck    zu erzeugen, der das     Wiedereinströ-          men    von Frischluft aus .der Leitung 6 begünstigt.  Dann beginnt der Arbeitszyklus für diese Zelle erneut.    Wenn zwei unter verschiedenen Drücken stehende  Gase plötzlich     aufeinanderstossen,    wie das der Fall  ist, wenn eine Zelle eines     Druckgasaustauschers    mit  einer Leitung in Verbindung tritt, in der ein anderer  Druck als in der Zelle herrscht, so kommt eine Welle  zustande, welche die Zelle mit ungefähr Schall  geschwindigkeit durchwandert.

   Es kann sich dabei  um eine     Druck-    oder um eine Expansionswelle han  deln, je nachdem ob der Druck in der Zelle niedriger  oder höher war als in der     Leitung.    Es sind     Druckgas-          austauscher    gebaut worden, in denen diese Erschei  nung ausgenutzt wird;     Verbesserungen    sind auch  durch Anwendung von     Umführungskanälen    erzielt  worden. Der Wirkungsgrad des oben umrissenen Vor  ganges kann in ähnlicher Weise verbessert werden.  Dies wird nun anhand der     Fig.    2 erläutert.

      In der     Ausführungsform    nach     Fig.2    sind An  ordnung und Wirkungsweise der Zellen und Leitun  gen in     bezug    auf die Gasbewegung bekannt, so     dass     ein tatsächlicher     Nutzen    aus den Druck- und Expan  sionswellen gezogen wird zur Unterstützung des Fül  lens und     Entleerens    der Zellen. Die Verläufe der       Druckwellenfronten    in bezug auf die stationären Lei  tungen sind mit vollen Linien angedeutet, .diejenigen  der Expansionswellen mit gestrichelten Linien.  



  Die     Entleerung        einer    Zelle in die Abgasleitung 12  wird nun unterstützt durch eine Expansionswelle 13,  welche durch die Zelle wandert und an deren     strom-          aufwärtigen    Ende einen kräftigen     Unterdruck    erzeugt.  Die     Einlassleitung    steht dann mit der Zelle in direkter  Verbindung, die rasch mit Frischluft     gefüllt    wird, da  die Abgase in die Leitung 12 abströmen. Diese wird  sodann wegen der Wanderung der Zelle gegenüber  dieser abgeschlossen, und es setzt eine Druckwelle  ein, welche gegen das offene Zellenende wandert und  in der frischen Ladung einen     Druckanstieg    bewirkt.

    Die Zelle wird dann durch die Kante 8 verschlossen.  Unter den vorbestimmten Arbeitsbedingungen kann  in der Zelle ein beträchtlicher     Aufladungsgrad    er  reicht werden und somit auch eine gewisse Rück  gewinnung von in den Abgasen enthaltener Energie;  ferner kann auch die gewichtsmässige     Durchfluss-          menge    erhöht werden.  



  Die Verdichtung des Zelleninhaltes vor der Ver  brennung wird ferner bewirkt durch Rücklauf von       vorgängig    verdichteter Luft durch einen     überleitungs-          kanal    14. Dieser Vorgang wird auch verbessert durch  die     Expansions-    und     Druckwellen    15 und 16. Jede  Welle durchwandert die Zellen, setzt den Zellen-    Inhalt in Bewegung und wird an der     Statorplatte    4  reflektiert. Die     reflektierten    Wellen 17 und 18 wan  dern zum offenen Ende der Zellen zurück und brin  gen den Zelleninhalt dazu, in expandiertem bzw. ver  dichtetem Zustand zu bleiben.

   Eine Zelle mit in dieser  Weise vorverdichteten Inhalt erreicht dann die Zünd  kerze 10, und die Verbrennung des Gemisches er  zeugt eine Anzahl von kleinen, nicht angedeuteten       Druckwellen,    welche mit grösserer Geschwindigkeit  als die expandierenden Gase die Zelle durchwandern  und am andern Zellenende die Luft verdichten. Die  Zelle erreicht dann die Abgabeleitung, wo der Druck  etwas niedriger ist als in der Zelle. Die Abgabe der  verdichteten Luft wird unterstützt durch von dieser       Druckdifferenz    erzeugte Expansionswelle. Ein Anteil  der Luftmenge verbleibt in der Zelle, um über den  Überleitungskanal 14 in Rücklauf gebracht zu werden  für die     Vorverdichtung    des Inhaltes anderer Zellen.  



  In diesen Ausführungsbeispielen kann wie in vor  bekannten     Druckaustauschern    das Zellenrad von  aussen her durch einen Motor, oder es kann durch  Einwirkung der Luft oder des Gases auf geeignet  gekrümmte Zellenwände angetrieben werden. Die  Leitungen können sich am Umfang eines einzelnen  Zellenrades mehrmals wiederholen, so dass eine Zelle  bei jeder Umdrehung des Zellenrades mehrmals einen  Zyklus durchmacht. Beide eben erwähnten Antriebs  arten könnten auch bei ruhendem Zellenrad und um  laufenden Leitungen angewendet werden. Die Luft  kann in mehreren Stufen verdichtet werden im Durch  gang durch mehrere Zellenräder oder eine Vielheit  von Überleitungskanälen.  



  Dient die verdichtete Luft zur Speisung einer  Turbine oder von     Rückstossdüsen    und ist sie zu die  sem Zweck zu erhitzen, so kann diese Erhitzung kon  tinuierlich oder     intermittierend    in einer äussern     Brenn-          kammer    erfolgen. Anstatt dessen könnte aber durch  geeignete Anordnung der Brennstoffeinspritzung und  der Leitungen .erreicht werden, dass die durch die  Leitung 11 austretenden Gase einen wesentlichen  Anteil an heissen Verbrennungsgasen enthalten. Es  kann dann eventuell eine getrennte Abgasleitung ganz  überflüssig werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPROCHE I. Verfahren zum Verdichten eines Gases in einem Zellenrad-Druckaustauscher mittels Verbrennung in nerhalb der Zellen des Druckaustauschers, gekenn zeichnet durch die Reihenfolge nachstehender Mass nahmen: a) Laden der Zellen teils mit einem brennbaren Gasgemisch und teils mit dem zu verdichtenden Gas, b) Zünden des brennbaren Gasgemisches von einem Zellenende aus bei beiderseits geschlossener Zelle zum Zwecke der Gasverdichtung, c) Öffnen des dem Zündende entgegengesetzten Zellenendes und d) Mitbenutzung des Verbrennungsdruckes der verbrannten Teilladung zum Ausschieben des ver dichteten Gases.

   1I. Druckaustauscher zur Durchführung des Ver fahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch eine Leitung (6) zur Zuführung des zu verdichtenden Gases, in deren Wandung eine Einspritzdüse (7) an geordnet ist, mittels welcher Brennstoff in einen Teil des zugeführten Gases eingespritzt wird.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Druckaustauscher nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass dessen Konstruktions- und Betriebsdaten so gewählt sind, dass der zu verdich tende Teil des Gases nach .dem Eintritt in die Zel len (9) das Bestreben hat, an dem der Leitung (6) abgewandten Ende der Zellen zu bleiben, und weiter dadurch gekennzeichnet, dass die räumlich vonein ander getrennt angeordneten Gasabführungs- (11) und Abgasleitungen (12) jeweils Verbindung mit den der Leitung abgewandten Enden der Zellen haben.

   2. Druckaustauscher nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass die Zellen (9) auf ihrem Wege von der Leitung (6) zu der Gasabführungs- leitung (11) mit ihren jeweiligen, der Gasleitung zu gewandten Enden an einer Glühkerze (10) vorbei laufen.

   3. Druckaustauscher nach Unteranspruch 2, ge kennzeichnet durch einen überleitungskanal (14), der mit den der Leitung (6) abgewandten Zellenenden (9) in Verbindung treten kann, wobei derjenige Zweig dieses Überleitungskanals, durch welchen das über strömende Gas in die Zellen einströmt, zwischen der Leitung (6) und der Glühkerze (10) gelegen ist, wäh rend derjenige Zweig, durch welchen das überströ mende Gas aus den Zellen herausströmt, zwischen der Gasabführungsleitung (11) und der Abgaslei tung (12) angeordnet ist.