Druckaustauscher Gegenstand der Erfindung ist ein Druckaustau- scher, bei dem in einem Bauteil eine Öffnung für den Durchlass von Gas von bzw. in Zellen vorhanden ist der dadurch gekennzeichnet ist, dass an einem Teil der Öffnung die in Richtung einer Zellentrennwand gemessene Dimension der Öffnung bei der Relativ bewegung zwischen der Zellentrennwand und dem Bauteil ungleichmässig ist.
Beiliegende Zeichnung stellt nebst einer bekann ten Ausführung einige Ausführungsbeispiele des Er findungsgegenstandes teilweise und schematisiert dar.
Fig. 1 a zeigt im Schnitt längs einer Zylinderfläche einen Teil eines Druckaustauschers in bekannter Ausführung.
Fig. 1 b ist ein Seitenriss der Öffnung in der einen Stirnplatte dieser bekannten Ausführung.
Die Fig. <I>2a</I> und<I>2b,</I> welche den Fig. la bzw. 1b entsprechen, zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes.
In ähnlicher Weise zeigen die Fig. 3a und 3b ein zweites, die Fig.4a und 4b ein drittes, die Fig. 5a und 5b ein viertes Ausführungsbeispiel.
Fig. 6 ist ein Gesamtlängsschnitt eines Druckaus- tauschers, und Fig. 7 ist ein Querschnitt längs der Linie VII-VII der Fig. 6.
Die Fig. 1 a und 1 b zeigen einen Ring 1 von achs- parallelen, beidseits offenen Zellen, der sich gemäss dem Pfeil X zwischen stationären Stirnplatten 2 und 4 dreht. Die Stirnplatte 2 hat eine Auslassöffnung 3 mit Kreisringsektorform, also mit gleichmässiger radialer Weite wie üblich. Zur Umgrenzung dieser Öffnung gehört eine vordere Kante 6 (an der jede Zelle beim Durchlauf mit der Öffnung in Verbindung tritt) und eine hintere Kante 5. Die mittlere Länge der Öffnung 3 in Umfangsrichtung ist mit Z bezeichnet. Die Verdünnungswellen, die bei der Kante 6 entste hen, sind durch gestrichelte Linien angedeutet.
Die richtige Abstimmung des öffnens und Schliessens einer Zelle bei den Kanten 6 bzw. 5 ist für eine gute Arbeitsweise sehr wichtig. Die von der Kante 6 aus gehenden Verdünnungswellen werden durch die Stirn platte 4 reflektiert. Die Abstimmung sollte eine solche sein, dass der Kopf der reflektierten Welle gerade dann an dem der Stirnplatte 2 benachbarten Ende einer Zelle ankommt, wenn diese Zelle von der hin teren Kante 5 geschlossen wird. Käme der Wellen kopf zu früh an, so würde an dieser Kante 5 Gas mit einer geringeren Geschwindigkeit austreten als durch den Rest der Öffnung, und dieses- Gas hätte einen niedrigeren Staudruck.
Dies könnte zu einem Abrei. ssen der Grenzschicht in einem an die Öffnung an schliessenden Leitungsteil führen. Wie in Fig. la an gedeutet ist, fächern von der Kante 6 mehrere Ver dünnungswellen aus, die alle reflektiert werden und beim Auftreffen auf die Stirnplatte 2 eine mit vollem Strich angedeutete Verdichtungswelle erzeugen.
Das in den Fig. <I>2a</I> und<I>2b</I> dargestellte erste Aus führungsbeispiel unterscheidet sich von der eben be schriebenen bekannten Ausführung dadurch, dass die Öffnung sich im Bereich der hier mit 7 bezeichneten hinteren Kante verengt und dass die Öffnungslänge Z etwas grösser ist. Im Bereich der Kante 7 nimmt der Durchlassquerschnitt der Öffnung nach und nach ab. Da die radiale Weite für die Durchflussgeschwindig- keit bestimmend ist, kann durch die Wahl dieser Weite an jedem Punkt in Umfangsrichtung auch die an diesem Punkt sich ergebende Durchflussgeschwin- digkeit beeinflusst werden.
Das Profil der Verengung bei der Kante 7 ist nun so gewählt, dass trotz den Welleneffekten die Durchflussgeschwindigkeit auch in der Verengung nicht abfällt oder dass sie gar zu nimmt, um ein Abreissen der Grenzschicht zu vermei den. Die Verengung könnte asymmetrisch sein.
Die in den Fig. 3a und 3b gezeigte Ausführung ist für eine Spülstufe gedacht, da auch die Stirnplatte 4 eine Öffnung hat. Der Spülstrom ist durch die Pfeile Y angedeutet. Die Verengung der Austritts öffnung an der hinteren Kante 7 hat zur Folge, dass die Spülung mit einem geringeren Druckabfall in den Zellen durchgeführt werden kann.
In dem in den Fig. <I>4a</I> und<I>4b</I> gezeigten Ausfüh rungsbeispiel hat die Öffnung 3 auf halber Länge eine Verengung 8 zwecks Gleichmässighaltung der Aus- strömgeschwindigkeit, die sonst in der Mitte der öff- nung, also gegenüber den Stellen, an denen die ersten Verdünnungswellen reflektiert werden, oft geringer ist, besonders wenn die Öffnung lang ist.
Um eine Anpassung an veränderliche Betriebsver hältnisse, insbesondere an veränderliche Verhältnisse von Einlass- zu Auslassdruck zu ermöglichen, ist im Ausführungsbeispiel nach den Fig.5a und 5b das wirksame Profil der Öffnung veränderlich.
Die wirk same hintere Kante besteht nämlich aus dem Rand 9 einer verdrehbaren Scheibe 10, die zum Teil in einer Ausnehmung 16 der Stirnplatte 2 untergebracht ist und dort exzentrisch auf einer Welle 12 festsitzt; diese ist in der Stirnplatte 2 und in einer die Aus- nehmung 16 verschliessenden und an der Stirnplatte 2 befestigten Deckplatte 15 drehbar gelagert und trägt einen Betätigungsarm 13. Die Scheibe 10 kann von der unwirksamen Endlage 11 aus mehr oder weniger in die Öffnung 3 eingefahren werden zwecks Verän derung des effektiven Strömungsquerschnittes und insbesondere des Verlaufes der wirksamen hinteren Kante.
Die Länge Z des effektiven Strömungsquer schnittes kann die gleiche sein wie im ersten und im zweiten Ausführungsbeispiel. Mit 17 ist eine an die Öffnung 3 anschliessende Leitung bezeichnet.
Bei vorstehender Scheibe 10 besteht die Gefahr einer Ablösung der Strömung hinter dem Rand 9. Um dem entgegenzuwirken, kann an den Rand 9 eine flexible Diffusorwandung angeschlossen werden, die dem Rand bei der Veränderung seiner Lage folgt. Eine solche Wand könnte zum Beispiel aus sich über lappenden Metallstreifen bestehen.
Es wäre auch denkbar, an einem Druckaustau- scher auswechselbare Stirnplatten mit verschieden profilierten Öffnungen zu verwenden. Eine Verengung der Öffnung kann ebenfalls an der Eintrittskante vor handen sein und sich entgegen dem Drehsinn des Zellenringes zuspitzen. Man kann auf diese Weise eine Zunahme der Geschwindigkeit gegen die vordere Kante hin erreichen, um dadurch Grenzschichteffek- ten entgegenzuwirken, die sich dort einstellen könn ten.
Die Erfindung kann auch auf Einlassöffnungen angewendet werden, obwohl dort eine Verengung, die insbesondere an der vorderen Kante vorzusehen wäre, erst bei grossen Druckverhältnissen Wichtigkeit erlangt.
Fig.6 zeigt einen Druckaustauscher, der einen Zellenring 1 aufweist, der mit Achszäpfen 21, 22 in Stirnplatten 4 bzw. 2 gelagert ist.
Die Zuströmung von Gas erfolgt durch eine Lei tung 18 und eine Öffnung 3' der Stirnplatte 2. Die Leitung 18 und eine Auslassleitung 20 gehören zu einer Hochdruckspülstufe. Eine Einlassleitung 19, die an eine Durchlassöffnung der Stirnplatte 4 angeschlos sen ist, bildet zusammen mit einer an die Öffnung 3 der Stirnplatte 2 angeschlossenen Auslassöffnung eine Niederdruckspülstufe. Kanäle wie 27 in der Stirn platte 2 dienen zum Durchlass eines Kühlmittels wie Wasser.
Die Endplatten 2 und 4 haben ineinander- geschachtelte, den Zellenring 1 umgebende Verlän gerungen 23 bzw. 24. Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, ist die Auslassöffnung 3 an ihrem < hinteren Ende in der Drehrichtung X des Zellenringes verengt, wäh rend die Einlassöffnung 3' an ihrem vorderen Ende 6' entgegen dem Drehsinn X verengt ist. Dagegen ist sowohl die vordere Kante 6 der Öffnung 3 als auch die hintere Kante 5' der Öffnung 3' radial. Y zeigt wiederum die Strömungsrichtung.