CH348577A - Druckaustauscher - Google Patents

Description

      Druckaustauscher       Der Wirkungsgrad einer einen     Druckaustauscher     aufweisenden Kraftanlage nimmt bei steigender obe  rer Kreislauftemperatur des Arbeitsmediums zu, wes  halb es wünschenswert ist, den     Druckaustauscher    so zu  betreiben, dass das Arbeitsmedium in ihm eine höhere  obere Temperatur erreicht. Es drängt sich dann die  Kühlung jener Teile des     Druckaustauschers    auf, die  mit dem auf hoher Temperatur befindlichen Arbeits  medium in Berührung stehen. Bei diesen Teilen han  delt es sich nebst den Leitungen für die Abführung  des heissen Fluidums in erster Linie um die Zellen  wände.  



  Gegenstand der Erfindung ist ein     Druckaustau-          scher,    der nebst Zellen für die Verdichtung und Ex  pansion von gasförmigem Arbeitsfluidum Mittel zur  Zu- und Abführung des Arbeitsfluidums zu bzw. von  den Zellen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass  die Zellenwände innen mit Mitteln zu ihrer Kühlung  versehen sind.  



  Beiliegende Zeichnung stellt einige Ausführungs  beispiele des Erfindungsgegenstandes dar.  



       Fig.    1 ist ein schematischer Längsschnitt eines  ersten     Ausführungsbeispieles.     



       Fig.    2 ist eine perspektivische Ansicht einer Va  riante des zugehörigen Rotors.  



       Fig.    3 ist eine der     Fig.    2 ähnliche Ansicht einer  Ausführungsvariante des Zellenrotors.  



       Fig.    4 ist eine     schematische    Abwicklung eines       Druckaustauschers,    bei welchem als Kühlmittel Ar  beitsmedium verwendet wird.  



       Fig.5    ist eine schematische Abwicklung eines  anderen     Ausführungsbeispieles,    und       Fig.    6 zeigt eine Einzelheit im Längsschnitt.  



  In     Fig.    1 ist mit 1 der     Druckaustauscherrotor    be  zeichnet, der radiale Wände 2 hat, zwischen denen  sich Zellen befinden, und der auch eine Welle 3 hat,  die einen zentralen Kanal 3A und einen koaxialen    Ringkanal 3B besitzt, die beide am gleichen Wellen  ende ausmünden. Der Rotor 1 ist in einem     trommel-          förmigen    Gehäuse 5 angeordnet, das mit Lagern 4  für die Welle 3 ausgestattet ist.

   Mit 14 und 15 sind       Stirnwandteile    mit     Anschlüssen    für den Frischluft  eintritt bzw. für den     Auslass    in der     Niederdruckspül-          stufe;    mit 19 und 17 sind     Stirnwandteile    mit     Einlass-          bzw.        Auslassanschlüssen    der     Hochdruckspülstufe    be  zeichnet. Jede Zellwand 2 hat einen Kanal 18 für  den     Durchlass    von Kühlmittel.

   Jeder dieser Kanäle 18  steht am einen Ende mit dem     Einlasskanal    3A und  am anderen Ende mit dem     Auslasskanal    3B in Ver  bindung. Die Kanäle 18 sind somit parallel geschaltet.  Auch das Gehäuse 5 hat Kanäle wie 10 für den       Durchlass    von Kühlmittel, mit einem     Einlassanschluss     11 und einem     Auslassanschluss    12.  



  Im Betrieb wird als Kühlmittel z. B. Wasser oder  Luft in den zentralen Kanal 3A gepumpt, wobei  gemäss     Fig.    4 eine Dichtungsvorrichtung 20 zwischen  die rotierenden und die stationären Kanäle geschaltet  ist. Das Kühlmittel durchfliesst die Kanäle 18 gemäss  den Pfeilen und tritt durch den Ringkanal 3B aus.

    In ähnlicher Weise fliesst Kühlmittel durch die Kanäle  10, wobei die gleiche     Kühlmittelquelle    verwendet wer  den kann und die aus 3B und 12 austretenden Kühl  mittelströme durch einen nicht dargestellten     Wärme-          austauscher    oder einen Kühler hindurchgeführt und  dann wieder durch die Kanäle 10 und 18 gepumpt  werden können; die austretenden     Kühlmittelströme     können aber anstatt dessen einfach weggeführt wer  den.  



  In der in     Fig.    2 gezeigten Variante wird ein  sekundäres Kühlmittel wie Wasser oder Luft durch  den zentralen Kanal 3A gepumpt, der sich vom  einen Ende der Welle 3 zum anderen Ende erstreckt.  Die     Zellenwände    haben je einen in sich geschlossenen       Kühlmittelkanal    8, dessen achsnächster Abschnitt      vom Kanal 3A zweckmässig nur durch Material ge  trennt ist, das die Wärme gut leitet. Die Kanäle 8  sind mit einem primären Kühlmittel gefüllt, das z. B.  aus Wasser oder aus im Betrieb flüssigem Metall  wie Natrium bestehen kann.

   Die von dem gemäss  den Pfeilen im Kreislauf strömenden, primären Kühl  mittel aufgenommene Wärme wird an das durch den  Kanal 3A strömende sekundäre     Kühlmittel    übertra  gen, was begünstigt werden kann z. B. durch Hinein  ziehen der Zellwände in den Kanal 3A oder durch  Anordnung von Rippen an den     Wärmeübertragungs-          flächen.     



  In     Druckaustauschern    besteht meistens ein axialer  Temperaturgradient längs den Zellwänden. In der       Fig.    1 ist in der Nähe der     Hochdruckspülstufe    das  linksseitige Ende des Rotors heisser als das andere,  da die     Wärmezuführleitung    19     (Fig.    4) auf der lin  ken Seite gelegen ist. Dadurch ergibt sich der in       Fig.    2 durch Pfeile angegebene     Strömungssinn.     



  In der in     Fig.    3 gezeigten Variante erstrecken sich  die Strömungskanäle 9 für das Kühlmittel in den  Zellwänden radial bis nahe an den zentralen Kanal  3A für das sekundäre Kühlmittel. Das in den Kanälen  9 enthaltene     primäre    Kühlmittel (z. B. Wasser oder  Natrium) zirkuliert als Flüssigkeit oder     als    Dampf und  überträgt Wärme von den wärmeren äusseren Enden an  die abgekühlten inneren Enden, wo die Wärme an  das durch den Kanal 3A strömende sekundäre Kühl  mittel abgegeben wird, was wieder durch die weiter  oben angedeuteten Massnahmen begünstigt werden  kann.  



  In dem in     Fig.    4 dargestellten     Druckaustauscher     besteht das Kühlmittel aus Arbeitsmittel, das den  Zellen bei einer geeigneten Temperatur und einem  geeigneten Druck entnommen wird. Im Rotor sind  die     Kühlmittelkanäle    3A, 3B und 18 ähnlich ange  ordnet wie in     Fig.    1. Eine Leitung 21A nimmt Luft  (oder sonstiges Arbeitsmittel) auf, die in der Hoch  druckspülstufe von der Leitung abgezweigt wird,  welche Arbeitsmittel von den Zellen zum Erhitzer 13  führt, und führt sie dem Kanal 3A zu. Nach Durch  strömen der Kanäle 18 als Kühlmittel gelangt diese  Luft durch den Ringkanal 3B und die Leitung 22  wieder in die Zellen.

   In nicht gezeigter Art und Weise  könnte die Kühlluft zwischen der Hoch- und der       Niederdruckspülstufe    den Zellen entnommen und  nach Durchströmen der Kanäle 18 in die Atmosphäre  abgelassen werden.  



  Mit der Anordnung nach     Fig.    5 kann ein zusätz  licher Kühleffekt erreicht werden. In     Fig.    5 sind die  oben bereits beschriebenen Kühlvorrichtungen der  Einfachheit halber weggelassen worden. Die Leitun  gen 14, 15 der     Niederdruckspülstufe    und diejenigen  17, 19 der     Hochdruckspülstufe    sind asymmetrisch  am     Zellenringumfang    angeordnet. Der Bogenabstand  A von 14, 15 zu 19, 17 in Bewegungsrichtung der  Zellen ist wesentlich grösser als     jener    B von 17, 19 zu  14, 15 im gleichen Sinne.

   Man erreicht hierdurch, dass  die mittlere     Zellwandtemperatur    weniger hoch ist als  bei symmetrischer Anordnung (d. h. bei<I>A = B),</I> und    zwar, weil die in der     Niederdruckspülstufe    eingelas  sene kühle Frischluft länger in den Zellen belassen  wird als die heissen Gase, die in der     Hochdruckspül-          stufe    in die Zellen eingelassen werden. Es wurden  keine Übertragungsleitungen gezeigt, obwohl solche  vorhanden sein können zur Verbindung von Zellen  auf der einen oder anderen Seite des Rotors; auch  solche Übertragungsleitungen könnten asymmetrisch  angeordnet sein.  



  Anstelle der oder zusätzlich zu den oben beschrie  benen Kühlvorrichtungen kann der Zellenring an  seinem Umfang mit einer Anzahl von Kühlrippen  versehen sein, z. B. wie in     Fig.    6 gezeigt. Diese Kühl  rippen sind dort mit 7 bezeichnet. Ähnliche in Um  fangsrichtung verlaufende Kühlrippen 6 sind auch an  der Innen- und der Aussenoberfläche des Gehäuses 5  vorhanden, wobei diejenigen an der Innenoberfläche  und die Kühlrippen 7 des Zellenringes     labyrinth-          artig        ineinandergreifen,    zwecks Gewährleistung eines  guten Wärmeüberganges insbesondere durch Strah  lung, aber auch durch Konvektion, wobei das zwi  schen den Rippen hindurchströmende Gas als Wärme  träger dient.

   Die an der Aussenoberfläche des Ge  häuses vorhandenen Rippen geben Wärme insbeson  dere durch Abstrahlung an die Umluft ab. Um Ven  tilationsverluste zwischen den ineinander-reifenden  Kühlrippen zu     vermindern,    kann der in Frage kom  mende Raum unter Unterdruck gesetzt werden, was  den Wärmeübergang durch Strahlung nicht vermin  dert.  



  In einer weiteren, nicht gezeigten Variante kön  nen die     Zellenwände    aus porösem Material bestehen,  um so eine     Verdünstungskühlung    durch in sie einge  führtes Kühlmittel zu     ermöglichen.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Druckaustauscher, der nebst Zellen für die Ver dichtung und Expansion von gasförmigem Arbeits fluidum Mittel zur Zu- und Abführung des Arbeits fluidums zu bzw. von den Zellen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellenwände innen mit Mit teln zu ihrer Kühlung versehen sind. UNTERANSPRÜCHE 1. Druckaustauscher nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass in den Zellenwänden Ka näle vorhanden sind, in denen sich ein Kühlmedium befindet.

   2. Druckaustauscher nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass in den Zellenwänden vor handene Kanäle an eine Kühlmediumquelle ange schlossen sind, damit sie im Betrieb kontinuierlich vom Kühlmedium durchflossen werden. 3. Druckaustauscher nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass die Kanäle mit Arbeits fluidum gespiesen werden, das an einer Stelle dem Druckaustauscher entnommen wird.

   4. Druckaustauscher nach Unteranspruch 3, da durch gekennzeichnet, dass die Entnahmestelle zwi- sehen einer Niederdruck- und einer Hochdruckspül- stufe gelegen ist. 5. Druckaustauscher nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium nach dem Durchfliessen der Kanäle der Zellenwände in die Atmosphäre abgelassen wird. 6. Druckaustauscher nach Unteranspruch 3, da durch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium nach dem Durchströmen der Kanäle der Zellenwände wie der mit dem Arbeitsfluidum vereinigt wird.

   7. Druckaustauscher nach Unteranspruch 6, da durch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium strom aufwärts eines Erhitzers einer Leitung der Hoch druckspülstufe oder der jeweils in unmittelbarer Nähe dieser Leitung gelegenen Zelle entnommen und nach Durchströmen der Kanäle der Zellenwände wieder in Zellen eingeführt wird, die eben die Hochdruck spülstufe verlassen haben. B. Druckaustauscher nach Patentanspruch, mit einem Ring von Zellen, dadurch gekennzeichnet, dass Zu- und Abführkanäle für das Kühlmedium zu Ka nälen der Zellenwände sich parallel zu der Achse des Zellenringes erstrecken.

   9. Druckaustauscher nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass die Kanäle der Zellen wände in sich geschlossen sind und ein primäres Kühlmedium enthalten, das Wärme an ein sekundäres Kühlmedium abgibt. 10. Druckaustauscher nach Unteranspruch 9, da durch gekennzeichnet, dass das sekundäre Kühl medium durch einen Kanal fliesst, der sich an den Kanälen der Zellenwände vorbei erstreckt. 11. Druckaustauscher nach den Unteransprüchen 9 und 10, mit einem Ring von Zellen, dadurch ge kennzeichnet, dass die Kanäle der Zellenwände sich in radialer Richtung erstrecken.

   12. Druckaustauscher nach den Unteransprüchen 9 und 10, mit einem Ring von Zellen, dadurch ge kennzeichnet, dass die Kanäle der Zellenwände sich je teils in Axialrichtung, teils in Radialrichtung um eine Kernpartie herum erstrecken. 13. Druckaustauscher nach den Unteransprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziger vom sekundären Kühlmedium durchflossener, sich längs der Achse des Zellenringes erstreckender Kanal vorhanden ist.

   14. Druckaustauscher nach Patentanspruch, mit einem sich drehenden Zellenring, dadurch gekenn zeichnet, dass Niederdruckspülleitungen asymmetrisch zu Hochdruckspülleitungen angeordnet sind, derart, dass im Drehsinn des Zellenringes der am Umfang gemessene Abstand von den Niederdruck- zu den Hochdruckspülleitungen grösser ist als der im glei chen Sinne gemessene Abstand von den Hochdruck- zu den Niederdruckspülleitungen. 15.

   Druckaustauscher nach Patentanspruch, mit einem Ring von Zellen und einem denselben um gebenden Gehäuseteil, dadurch gekennzeichnet, dass am Umfang des Zellenringes vorhandene Kühlrippen zwischen solche hineinragen, die an der Innenober fläche des besagten Gehäuseteiles vorhanden sind. 1.6. Druckaustauscher nach Unteranspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass auch an der Aussen oberfläche des besagten Gehäuseteiles Kühlrippen vorhanden sind.