WO2006015681A1 - Kanalform für rotierenden druckaustauscher - Google Patents

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Stephan Bross
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F13/00—Pressure exchangers

Definitions

  • the invention relates to a pressure exchanger for transferring pressure energy from a first liquid of a first liquid system to a second liquid of a second liquid system, comprising a housing with connection openings in the form of inlet and outlet openings for each liquid and one inside the housing Its rotor has a plurality of through-going rotor channels with openings arranged around its longitudinal axis on each rotor end side, whereby the rotor channels communicate with the ports of the housing via housing-side flow openings The rotation of the rotor alternately lead liquid at high pressure and liquid at low pressure of the respective systems.
  • Such a generic pressure exchanger is known from US Pat. No. 6,540,487 B2.
  • This type of pressure exchanger is equipped without an external drive. To commission it, a complex process is required to cause such a pressure exchanger to put the rotor in rotation.
  • the fluid flow is primarily responsible for the rotational movement of the rotor, which impinges on the end faces of the rotor and the openings located therein through the housing-side flow openings from an oblique direction.
  • an equilibrium state will set in the pressure exchanger, due to which the rotor rotates at an approximately constant speed.
  • a disadvantage is its ein ⁇ limited operating range and the resulting during operation in the Rotorka ⁇ resulting mixing of alternately located there two liquids.
  • the invention is based on the problem of developing a Druckaustauseher in which arise in a pressure exchange reduced mixing losses.
  • the solution to this problem provides that in the rotor channels and starting from or after the openings, a flow-shaping is arranged as a channel contour which deflects the rotor channel flow.
  • the risk of mixing in the rotor channels is further reduced if the shaping arranged in the inlet region of the rotor channels is designed as a channel contour which is equal to the channel flow. This causes ner speed of 20 - 30% of the total length of a pipe channel after a diffusbe ⁇ rich within a rotor channel a velocity profile is formed with an approximately homogeneous velocity field.
  • the inlet openings and / or their downstream channel starts have a design which makes the flows in the rotor channels more uniform. This also results in a uniform velocity profile in the rotor channels, whereby a mixing of the two different and in the rotor channels a pressure-exchanging fluids is minimized.
  • the rotor entry edges formed therebetween are designed with the wall surfaces following in the direction of flow in such a way that the adjusting rotor relative flow is absorbed bumplessly by the rotor channels and deflected in the direction of the rotor channel length.
  • the velocity triangle at the entrance of the rotor channels changes affinely, that is, the peripheral component c u changes to the same extent as the inflow velocity c of the liquid.
  • This also increases the drive torque which acts on the rotor, which leads to an increase in the rotor speed.
  • the friction torque acting on the rotor As the rotor speed increases, so does the friction torque acting on the rotor and having a braking effect.
  • the peripheral speed of the rotor Because of the linear relationship between the drive torque Mi rising with increasing peripheral component c u and the friction torque M R increasing in proportion to the rotational speed, the peripheral speed of the rotor always adjusts itself so that there are similar speed triangles at the rotor inlet for all volume flows.
  • self-regulation occurs which guarantees the state of the bumpless flow for each set volume flow.
  • Lumenströme the main currents a readjustment of the rotor speed due to the congruent speed triangles and a bumpless ⁇ nströmung the Rotorka ⁇ channels.
  • a rotor is designed in several parts, wherein a rotor part with rectilinear rotor channels is provided at its end faces with one or two inflow and in the inflow the channel flows are comparatively inlet openings and / or downstream channel beginnings
  • Fig. 1 is a perspective view of a rotor according to the prior art in the form of US 6 540 487 B2, the
  • Fig. 2 of Fig. 1 is a Rotorabwicklung with a speed triangle at the beginnings of the rotor channels
  • Fig. 3 shows a new shape of an inlet opening of a rotor channel
  • Fig. 4 shows a rotor analogous to FIG. 3 in a multi-part design.
  • Figure 1 shows a perspective view of a cylindrical rotor 1 according to the prior art in the form of US 6 540 487 B2.
  • rotor channels 2 with a trapezoidal cross-section, extending between the rotor channels 2 radially verlau ⁇ fende and formed as webs wall surfaces 3.
  • openings 5 of the rotor channels 2 have at their radially outer corners additional rounding in the manner of diagonally outwardly widening inclined surfaces, whereby each opening is slightly increased.
  • FIG. 2 On the representation of a housing surrounding the rotor and its connections for the lines and the representation of the flow-passing transitions from the housing to the rotor has been omitted.
  • FIG. 2 the development of the rotor 1 of the pressure exchanger according to the prior art shown in FIG. 1 is shown.
  • the speed triangle consisting of the velocity vectors U, w and c is drawn for a liquid flowing into the rotor 1, the arrows indicating the directions and the magnitudes of the different speeds.
  • the flow to the rotor 1 is guided by a housing part, which is not shown here, opposite the rotor, so that the flow hits the rotor 1 in the stationary reference system as an absolute flow c at the angle a.
  • the rotor 1 rotates at the peripheral speed U and, accordingly, the relative flow w arrives at it at the angle .beta.
  • the circumferential component c u of the abso ⁇ lutströmung c is greater by ⁇ c u than the peripheral speed U of the rotor and thus ensures the necessary drive torque of the rotor first
  • FIG. 3 shows, as development of a new rotor shape, the shaping 8 of the rotor channels 2 at their entry area and starting from the front side 4.
  • the hearing speed triangle corresponds in size and direction to that according to the prior art of FIG. 2; All corresponding representations of the Geschwin ⁇ dtechniksdreiecke in the figures assume the same operating conditions.
  • the shape of the rotor channels 2 in the inlet region 9 of the rotor 1 is designed by means of a shaping 8 such that the rotor inlet edges 11 with their following wall surfaces 3 do not run perpendicular to the front side 4 but under an angle and analogous to the flow angle ß of the relative inflow w.
  • the relative inflow w is tangential to the rotor entry edges 11.
  • the subsequent deflection of the flow in the shaping 8 and in the direction of the channel axes or in the direction of the channel length L takes place on the first 20-30% of the total channel length L.
  • a transition 9 takes place in the subsequent normally formed, axially extending channel shape and is designed so that a uniform, homogeneous velocity profile 13 is ensured in the rotor channel 2.
  • the rotor speed in this design of the entry of a rotor channel shape depending on the volume flow always sets so that the state of the bumpless flow is ensured for each operating point.
  • FIG. 4 shows a design of the openings 5 of the rotor 1 that is simplified in comparison with FIG. 3 in terms of manufacturing technology.
  • the end face 4 of the rotor 1 is included the openings 5 as a component of a separate component in the form of a Ein ⁇ strömplatte 14 is formed.
  • the inflow plate 14 with the shapes 8 for a bumpless entry of the relative flow into the rotor channels 2 is applied to the rotor core 1.1 provided with axially running rotor channels 2.
  • These inflow plates 14 can be mounted on one or both sides of a rotor with axially extending rotor channels. This is done according to the structure of the pressure exchanger.
  • known connection techniques can be used depending on the materials used.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckaustauscher zum Transferieren von Druckenergie von einer ersten Flüssigkeit eines ersten Flüssigkeitssystems auf eine zweite Flüssigkeit eines zweiten Flüssigkeitssystems, bestehend aus einem Gehäuse mit Anschlussöffnungen in Form von Einlass- und Auslassöffnungen für jede Flüssigkeit und einem innerhalb des Gehäuses um seine longitudinale Achse drehbar angeordneten Rotor (1) . Um die Longitudinalachse des Rotors (1) ist eine Mehrzahl von durchgehenden Rotorkanälen (2) mit Öffnungen (4) an jeder Rotorstirnseite (4) angeordnet, wobei die Rotorkanäle (2) über gehäuseseitige Strömungsöffnungen derartig zur Verbindung mit den Anschlussöffnungen des Gehäuses in Verbindung stehen, dass sie während der Rotation des Rotors (1) alternierend Flüssigkeit bei hohem Druck und Flüssigkeit bei niedrigem Druck der betreffenden Systeme führen. Durch die gehäuseseitigen Strömungsöffnungen stellt sich im rotierenden Relativsystem des Rotors (1) für die den Rotor (1) anströmende Flüssigkeit eine den Rotor antreibende Umfangskomponente (c<sub

Description

Beschreibung
Kanalform für rotierenden Druckaustauscher
Die Erfindung betrifft einen Druckaustauscher zum Transferieren von Druckenergie von einer ersten Flüssigkeit eines ersten Flüssigkeitssystems auf eine zweite Flüs¬ sigkeit eines zweiten Flüssigkeitssystems, bestehend aus einem Gehäuse mit An¬ schlussöffnungen in Form von Einlass- und Auslassöffnungen für jede Flüssigkeit und einem innerhalb des Gehäuses um seine longitudinale Achse drehbar angeord¬ neten Rotor, der Rotor besitzt eine Mehrzahl von durchgehenden Rotorkanälen mit um dessen Longitudinalachεe angeordneten Öffnungen an jeder Rotorstirnseite, wo¬ bei die Rotorkanäle über gehäuseseitige Strömungsöffnungen derartig mit den An¬ schlussöffnungen des Gehäuses in Verbindung stehen, dass sie während der Rotati- on des Rotors alternierend Flüssigkeit bei hohem Druck und Flüssigkeit bei niedri¬ gem Druck der betreffenden Systeme führen.
Ein solcher gattungsgemäßer Druckaustauscher ist durch die US 6 540487 B2 bekannt. Diese Bauart eines Druckaustauschers ist ohne einen äußeren Antrieb ausgerüstet. Zu dessen Inbetriebnahme ist ein aufwendiges Verfahren erforderlich, um einen solchen Druckaustauscher dazu zu veranlassen, den Rotor in Rotation zu versetzen. Primär ist für die Drehbewegung des Rotors der Flüssigkeitsstrom ver¬ antwortlich, der durch die gehäuseseitigen Strömungsöffnungen aus schräger Rich¬ tung auf die Stirnseiten des Rotors und die darin befindlichen Öffnungen auftrifft. Während eines laufenden Betriebes in einer kontinuierlich arbeitenden Anlage wird sich im Druckaustauscher ein Gleichgewichtszustand einstellen, aufgrund dessen der Rotor mit einer annähernd konstanten Drehzahl rotiert. Nachteilig ist dessen ein¬ geschränkter Betriebsbereich und die sich während des Betriebes in den Rotorka¬ nälen ergebenden Durchmischungen der alternierend dort befindlichen beiden Flüs- sigkeiten. Durch die US-A 3431 747 und die US 6 537 035 B2 sind Druckaustauseher bekannt, bei denen ein äußerer Antrieb den Rotor in Bewegung setzt und deren Rotorkanäle als Bohrungen ausgebildet sind, wobei in jeder Bohrung eine Kugel angeordnet ist. Diese Kugel dient zur Trennung der wechselweise in die Rotorkanäle einströmenden Flüssigkeiten mit hohem oder niedrigem Druckgehalt und vermeidet eine Durch¬ mischung der in den Bohrungen befindlichen Flüssigkeiten. Nachteilig ist hierbei je¬ doch die Anordnung, Abdichtung und Gestaltung der als Trennelement wirkenden Kugel und der dazugehörigen Sitzflächen. Zusätzlich ist im Bereich einer Wellen¬ durchführung für den äußeren Antrieb eine aufwendige Hochdruckdichtung als WeI- lenabdichtung erforderlich.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Druckaustauseher zu entwickeln, in dem bei einem Druckaustausch verringerte Mischungsverluste entstehen. Die Lö¬ sung dieses Problems sieht vor, dass in den Rotorkanälen und ausgehend von oder nach den Öffnungen eine strömungsführende Formgebung als eine die Rotorkanal¬ strömung umlenkende Kanalkontur angeordnet ist.
Mit dieser strömungsführenden Formgebung wird eine stoßfreie Anströmung der Rotorkanäle gewährleistet. Als Folge davon stellen sich in den Rotorkanälen Strö- mungen mit einer gleichmäßigeren Geschwindigkeitsverteilung über einen Kanal¬ querschnitt ein. Bedingt durch die gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung wird im Kanalquerschnitt die Bildung von quer zur Kanalströmung verlaufenden Strömungs¬ komponenten verhindert. Solche quer verlaufenden Strömungskomponenten inizie¬ ren innerhalb einer strömenden Flüssigkeitssäule eine quer dazu verlaufende Wir- belbildung, welche letztlich ursächlich ist für die innerhalb der Rotorkanäle auftreten¬ den Durchmischungen. In Anlagen, insbesondere in Entsalzungsanlagen, in denen die Herstellung einer reinen Flüssigkeit angestrebt wird, stellen Durchmischungen einen nachteiligen Aspekt dar. Das Antriebsmoment für den Rotor wird durch eine direkte Impulsübertragung aus dem Zustrom und auf eine Rotorstirnseite durch die stoßfreie Strömungsumlenkung im Bereich der Kanalöffnungen bewirkt. Dies steht im völligen Gegensatz zu den vorbekannten Lösungen.
Das Risiko von Durchmischungen in den Rotorkanälen wird weiter gesenkt, wenn die im Eintrittsbereich der Rotorkanäle angeordnete Formgebung als eine die Kanal- Strömung vergleichmäßigende Kanalkontur ausgebildet ist. Dies bewirkt, dass in ei- ner Länge von 20 - 30 % der Gesamtlänge eines Rohrkanals nach einem Eintrittsbe¬ reich innerhalb eines Rotorkanals ein Geschwindigkeitsprofil mit einem annähernd homogenen Geschwindigkeitsfeld ausgebildet ist.
Bei den Rotorkanälen weisen die Eintrittsöffnungen und/oder die ihnen nachgeord- neten Kanalanfänge eine die Strömungen in den Rotorkanälen vergleichmäßigende Gestaltung auf. Auch damit ergibt sich ein gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil in den Rotorkanälen, wodurch eine Vermischung der beiden verschiedenen und in den Rotorkanälen einen Druck austauschenden Flüssigkeiten auf ein Mindestmaß redu- ziert wird.
Für den Eintritt in die Rotorkanäle werden im Entwurfsstadium für die Strömungsver¬ hältnisse Geschwindigkeitsdreiecke zugrunde gelegt, deren Umfangskomponente cu als Impulskraft ein Antriebsmoment für den Rotor erzeugt. Sie wird größer als die Umfangsgeschwindigkeit U des Rotors ausgeführt. An den Öffnungen der Rotorka¬ näle werden die dazwischen ausgebildeten Rotoreintrittskanten mit den in Strö¬ mungsrichtung nachfolgenden Wandflächen derart ausgeführt, dass die sich einstel¬ lende Rotorrelativströmung stoßfrei von den Rotorkanälen aufgenommen und in Richtung der Rotorkanallänge umgelenkt wird.
Eine derartige Ausgestaltung des Eintritts der Rotorkanäle beinhaltet darüber hinaus folgenden Vorteil:
Bei Änderung des Volumenstromes ändert sich das Geschwindigkeitsdreieck am Eintritt der Rotorkanäle affin, das heißt, die Umfangskomponente cu ändert sich im gleichen Maße wie die Zuströmgeschwindigkeit c der Flüssigkeit. Damit erhöht sich auch das Antriebsmoment, das auf den Rotor wirkt, was zu einer Erhöhung der Ro¬ tordrehzahl führt. Mit steigender Rotordrehzahl steigt auch das am Rotor angreifende und bremsend wirkende Reibmoment. Aufgrund des linearen Zusammenhanges zwi- sehen dem mit steigender Umfangskomponente cu steigendem Antriebsmoment Mi und dem proportional zur Drehzahl steigendem Reibmoment MR stellt sich die Um¬ fangsgeschwindigkeit des Rotors immer so ein, dass für alle Volumenströme ähnli¬ che Geschwindigkeitsdreiecke am Rotoreintritt vorliegen. Damit tritt eine Selbstrege¬ lung ein, die den Zustand der stoßfreien Anströmung für jeden eingestellten VoIu- menstrom garantiert. Es erfolgt also für durch Anlagenbedingungen veränderte Vo- lumenströme der Hauptströme, eine Nachregelung der Rotordrehzahl aufgrund der kongruenten Geschwindigkeitsdreiecke und eine stoßfreie Änströmung der Rotorka¬ näle.
Nach einer anderen Ausgestaltung ist ein Rotor mehrteilig ausgebildet, wobei ein Rotorteil mit geradlinigen Rotorkanälen an seinen Stirnseiten mit einer oder zwei Einströmplatten versehen ist und in den Einströmplatten sind die Kanalströmungen vergleichmäßigenden Eintrittsöffnungen und/oder nachgeordneten Kanalanfänge
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen die
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht auf einen Rotor gemäß dem Stand der Technik in Form der US 6 540 487 B2 , die
Fig. 2 von Fig. 1 eine Rotorabwicklung mit einem Geschwindigkeitsdreieck an den Anfängen der Rotorkanäle, die
Fig. 3 eine neue Formgebung einer Eintrittsöffnung eines Rotorkanals und die
Fig. 4 einen Rotor analog Fig. 3 in mehrteiliger Ausführung.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht auf einen zylindrischen Rotor 1 gemäß dem Stand der Technik in Form der US 6 540 487 B2. Zur Drehachse des Rotors 1 verlaufen achsparallele und konzentrisch dazu angeordnete Rotorkanäle 2 mit einem trapezförmigen Querschnitt, wobei sich zwischen den Rotorkanälen 2 radial verlau¬ fende und als Stege ausgebildete Wandflächen 3 erstrecken. Die an der Stirnseite 4 des Rotors 1 angeordneten Öffnungen 5 der Rotorkanäle 2 weisen an ihren radial äußeren Ecken zusätzliche Abrundungen nach Art von sich diagonal nach außen erweiternden Schrägflächen auf, wodurch jede Öffnung geringfügig vergrößert wird. Auf die Darstellung eines den Rotor umgebenden Gehäuses und dessen Anschlüsse für die Leitungen sowie die Darstellung der strömungsführenden Übergänge vom Gehäuse zum Rotor wurde verzichtet. In Fig. 2 ist die Abwicklung von dem Rotor 1 des Druckaustauschers nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 1 gezeigt. Gegenüber den Öffnungen des Rotors 1 mit seinen achsparallelen Rotorkanälen 2 ist das aus den Geschwindigkeitsvektoren U, w und c bestehende Geschwindigkeitsdreieck für eine in den Rotor 1 βinströmen- de Flüssigkeit gezeichnet, wobei die Pfeile die Richtungen und die Größen der ver¬ schiedenen Geschwindigkeiten anzeigen. Hierbei entspricht:
U = Umfangsgeschwindigkeit des Rotors w = Relativströmung in der Öffnung vor dem Rotorkanal c = Absolutströmung der aus dem Gehäuse und zum Rotor strö¬ menden Flüssigkeit, mit:
Cu = Umfangskomponente der Absolutströmung und
Cx = Axialkomponente der Absolutströmung,
Δ cu = Antriebsgeschwindigkeit für den Rotor, ist = cu - U α = Strömungswinkel der Absolutströmung c ß = Strömungswinkel der Relativströmung
Die Strömung zum Rotor 1 wird durch ein - hier nicht dargestelltes - dem Rotor ge¬ genüberliegendes Gehäuseteil so geführt, dass die Strömung im ruhenden Bezugs- System als Absolutströmung c unter dem Winkel a auf den Rotor 1 trifft. Der Rotor 1 rotiert mit der Umfangsgeschwindigkeit U und dementsprechend kommt die Relativ¬ strömung w unter dem Winkel ß auf ihn zu. Die Umfangskomponente cu der Abso¬ lutströmung c ist um Δcu größer als die Umfangsgeschwindigkeit U des Rotors und sorgt damit für das notwendige Antriebsmoment des Rotors 1.
Aufgrund des von Null verschiedenen Relativzuströmwinkels ß erfolgt die Anströ¬ mung der Rotorkanäle 2 im Relativsystem nicht stoßfrei. Infolge dessen bilden sich in den Öffnungen 5 der Rotorkanäle 2 permanente Ablösungen 6 in Form von Wirbeln und als Folge davon stellt sich im weiteren Verlauf der Rotorkanäle 2 ein ungleich- förmiges Geschwindigkeitsprofil 7 innerhalb der Strömung ein. Diese ungleichförmi¬ gen Geschwindigkeitsprofile 7 führen zu der Durchmischungsproblematik des vorbe¬ kannten Druckaustauschers.
Die Figur 3 zeigt als Abwicklung einer neuen Rotorform die Formgebung 8 der Ro- torkanäle 2 an deren Eintrittsbereich und ausgehend von der Stirnseite 4. Das zuge- hörige Geschwindigkeitsdreieck entspricht in Größe und Richtung demjenigen nach dem Stand der Technik von Fig. 2; alle entsprechenden Darstellungen der Geschwin¬ digkeitsdreiecke in den Figuren gehen von gleichen Betriebsbedingungen aus.
In Fig. 3 ist mittels einer Formgebung 8 die Form der Rotorkanäle 2 im Eintrittsbe¬ reich 9 des Rotors 1 so gestaltet, dass die Rotoreintrittskanten 11 mit ihren nachfol¬ genden Wandflächen 3 nicht senkrecht zur Stirnseite 4 verlaufen, sondern unter ei¬ nem Winkel und analog zum Strömungswinkel ß der Relativzuströmung w. Infolge dessen trifft die Relativzuströmung w tangential auf die Rotoreintrittskanten 11. Sie trifft somit stoßfrei auf die Rotoreintrittskanten 11 und tritt folglich stoßfrei in die Ro¬ torkanäle 2 ein. Die anschließende Umlenkung der Strömung in der Formgebung 8 und in die Richtung der Kanalachsen oder in Richtung der Kanallänge L erfolgt auf den ersten 20 - 30 % der gesamten Kanallänge L. Am Ende der Umlenkung 8 erfolgt ein Übergang 9 in die anschließende normal ausgebildete, axial verlaufende Kanal- form und ist so gestaltet, dass ein gleichmäßiges, homogenes Geschwindigkeitsprofil 13 im Rotorkanal 2 gewährleistet ist.
Aufgrund des linearen Zusammenhanges der Umfangskomponente cu , und damit der Differenz Δ cu = cu - U, zum antreibenden Impulsmoment Mi gemäß der Glei- chung
Mi ~Δ Cu - Cx (1 )
und dem linearen Zusammenhang des den Rotor 1 bremsenden Reibmomentes MR mit der Rotor-Umfangsgeschwindigkeit U gemäß der Gleichung
MR - V - U (2)
wobei v die dynamische Viskosität darstellt, stellt sich die Rotordrehzahl bei dieser Gestaltung des Eintritts einer Rotorkanalform in Abhängigkeit des Volumenstromes immer so ein, dass für jeden Betriebspunkt der Zustand der stoßfreien Anströmung gewährleistet bleibt.
Figur 4 zeigte eine gegenüber Figur 3 fertigungstechnisch vereinfachte Ausge- staltung der Öffnungen 5 des Rotors 1. Hierbei ist die Stirnseite 4 des Rotors 1 mit den Öffnungen 5 als ein Bestandteil eines separaten Bauteiles in Form einer Ein¬ strömplatte 14 ausgebildet. Die Einströmplatte 14 mit den Formgebungen 8 für einen stoßfreien Eintritt der Relativströmung in die Rotorkanäle 2 ist auf den mit axial ver¬ laufenden Rotorkanälen 2 versehenen Rotorkern 1.1 aufgebracht. Diese Einström¬ platten 14 können ein- oder beidseitig an einem Rotor mit axial verlaufenden Rotor¬ kanälen angebracht sein. Dies erfolgt entsprechend dem Aufbau des Drucktau- schers. Für die Verbindung von Einströmplatten 14 und Rotor 1 oder Rotorkern 1.1 können in Abhängigkeit von den verwendeten Materialien bekannte Verbindungs¬ techniken Anwendung finden.

Claims

1. Druckaustauscher zum Transferieren von Druckenergie von einer ersten Flüssig- keit eines ersten Flüssigkeitssystems auf eine zweite Flüssigkeit eines zweiten
Flüssigkeitssystems, bestehend aus einem Gehäuse mit Anschlussöffnungen in Form von Einlass- und Auslassöffnungen für jede Flüssigkeit und einem innerhalb des Gehäuses um seine longitudinale Achse drehbar angeordneten Rotor (1), um die Longitudinalachse des Rotors (1) ist eine Mehrzahl von durchgehenden Ro- torkanälen (2) mit Öffnungen (5) an jeder Rotorstirnseite (4) angeordnet, wobei die Rotorkanäle (2) über gehäuseseitige Strömungsöffnungen derartig zur Ver¬ bindung mit den Anschlussöffnungen des Gehäuses in Verbindung stehen, dass sie während der Rotation des Rotors (1) alternierend Flüssigkeit bei hohem Druck und Flüssigkeit bei niedrigem Druck der betreffenden Systeme führen und dass sich durch die gehäuseseitigen Strömungsöffnungen im rotierenden Relativsy¬ stem des Rotors (1) für die den Rotor (1) anströmende Flüssigkeit eine den Rotor (1) antreibende Umfangskomponente (cu) einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass in den Rotorkanälen (2) und ausgehend von oder nach den Öffnungen (5) eine strömungsführende Formgebung (8) als eine die Rotorkanalströmung um- lenkende Kanalkontur angeordnet ist.
2. Druckaustauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die im Ein¬ trittsbereich der Rotorkanäle (2) angeordnete Formgebung (8) als eine die Kanal¬ strömung vergleichmäßigende Kanalkontur ausgebildet ist.
3. Druckaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Eintrittsbereich mit der Länge von 20 - 30 % der Gesamtlänge (L) eines Rotorkanals (2) innerhalb eines Rotorkanals (2) ein Geschwindigkeitsprofil (13) mit einem annähernd homogenen Geschwindigkeitsfeld ausgebildet ist.
4. Druckaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass von einem zur Öffnung (5) der Rotorkanäle (2) gehörenden Geschwindigkeitsdreieck dessen Relativströmung (w) stoßfrei in die Rotorkanäle (2) eintritt.
5. Druckaustauscher nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Öffnungen (5) der Rotorkanäle (2) ausgebildeten Rotoreintritts¬ kanten (11) mit den in Strömungsrichtung nachfolgenden Wandflächen (3) die sich am Rotor (1) einstellende Relativströmung stoßfrei in die Rotorkanäle (2) aufnehmen und in Richtung der Rotorkanallänge (L) umlenken.
6. Druckaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1 , 1.1) mehrteilig ausgebildet ist, wobei ein Rotorteil (1.1) mit ge¬ radlinigen Rotorkanälen (2) an seinen Stirnseiten (4.1) mit einer oder zwei Ein- strömplatten (14) versehen ist und dass in den E inström platten (14) die Kanal¬ strömungen umlenkende, vergleichmäßigende Öffnungen (5) und/oder nachge- ordnete Kanalanfänge angeordnet sind.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016089762A1 (en) * 2014-12-05 2016-06-09 Energy Recovery Inc. Inlet ramps for pressure exchange devices

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006020522A1 (de) * 2006-05-03 2007-11-08 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
WO2008002819A2 (en) * 2006-06-29 2008-01-03 Energy Recovery, Inc. Rotary pressure transfer devices
US8622714B2 (en) * 2006-11-14 2014-01-07 Flowserve Holdings, Inc. Pressure exchanger
US10138907B2 (en) * 2009-12-23 2018-11-27 Energy Recovery, Inc. Rotary energy recovery device
JP5571005B2 (ja) 2011-01-12 2014-08-13 株式会社クボタ 圧力交換装置及び圧力交換装置の性能調整方法
JP5571025B2 (ja) * 2011-01-25 2014-08-13 株式会社クボタ 圧力交換装置及び圧力交換装置の性能調整方法
WO2012106712A1 (en) * 2011-02-04 2012-08-09 Hauge Leif J Split pressure vessel for two flow processing
JP5657450B2 (ja) * 2011-03-29 2015-01-21 株式会社クボタ 圧力交換装置
CN102743974B (zh) 2011-04-22 2016-01-27 株式会社荏原制作所 海水淡化系统及能量交换腔
DK2762730T3 (da) * 2011-09-30 2019-09-30 Kubota Kk Trykudvekslingsindretning
US9435354B2 (en) * 2012-08-16 2016-09-06 Flowserve Management Company Fluid exchanger devices, pressure exchangers, and related methods
EP2837824B1 (de) * 2013-08-15 2015-12-30 Danfoss A/S Hydraulikmaschine, insbesondere Hydraulikdruckaustauscher
US11047398B2 (en) 2014-08-05 2021-06-29 Energy Recovery, Inc. Systems and methods for repairing fluid handling equipment
US10900318B2 (en) 2016-04-07 2021-01-26 Halliburton Energy Services, Inc. Pressure-exchanger to achieve rapid changes in proppant concentration
US10125594B2 (en) 2016-05-03 2018-11-13 Halliburton Energy Services, Inc. Pressure exchanger having crosslinked fluid plugs
US10933375B1 (en) 2019-08-30 2021-03-02 Fluid Equipment Development Company, Llc Fluid to fluid pressurizer and method of operating the same
US11555509B2 (en) * 2021-03-02 2023-01-17 Energy Recovery, Inc. Motorized pressure exchanger with a low-pressure centerbore

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2399394A (en) * 1940-12-07 1946-04-30 Bbc Brown Boveri & Cie Pressure exchanger
GB921686A (en) * 1961-01-25 1963-03-20 Power Jets Res & Dev Ltd Improvements in or relating to pressure exchangers
US5338158A (en) * 1989-11-03 1994-08-16 Hauge Leif J Pressure exchanger having axially inclined rotor ducts
US5988993A (en) * 1994-11-28 1999-11-23 Hauge; Leif J. Pressure exchanger having a rotor with automatic axial alignment
US6540487B2 (en) * 2000-04-11 2003-04-01 Energy Recovery, Inc. Pressure exchanger with an anti-cavitation pressure relief system in the end covers

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB803659A (en) * 1954-01-13 1958-10-29 Ronald Denzil Pearson Improvements in power pressure exchangers
CH344872A (de) * 1955-08-17 1960-02-29 Brian Spalding Dudley Druckaustauscher
US2867981A (en) * 1956-05-09 1959-01-13 Ite Circuit Breaker Ltd Aerodynamic wave machine functioning as a compressor and turbine
US3431747A (en) * 1966-12-01 1969-03-11 Hadi T Hashemi Engine for exchanging energy between high and low pressure systems
WO1988005133A1 (en) * 1987-01-05 1988-07-14 Hauge Leif J Pressure exchanger for liquids
US4900222A (en) * 1988-12-23 1990-02-13 Rockwell International Corporation Rotary pump inlet velocity profile control device
US6537035B2 (en) * 2001-04-10 2003-03-25 Scott Shumway Pressure exchange apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2399394A (en) * 1940-12-07 1946-04-30 Bbc Brown Boveri & Cie Pressure exchanger
GB921686A (en) * 1961-01-25 1963-03-20 Power Jets Res & Dev Ltd Improvements in or relating to pressure exchangers
US5338158A (en) * 1989-11-03 1994-08-16 Hauge Leif J Pressure exchanger having axially inclined rotor ducts
US5988993A (en) * 1994-11-28 1999-11-23 Hauge; Leif J. Pressure exchanger having a rotor with automatic axial alignment
US6540487B2 (en) * 2000-04-11 2003-04-01 Energy Recovery, Inc. Pressure exchanger with an anti-cavitation pressure relief system in the end covers

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016089762A1 (en) * 2014-12-05 2016-06-09 Energy Recovery Inc. Inlet ramps for pressure exchange devices

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