Regenerator an Kolbengasmasebinen. Die Erfindung bezieht sich auf einen Regenera.tor an Kolbengasmaschinen, bei wel- ehen die Füllmasse des Regenerators aus einem oder mehreren Drähten mit. einem hydraulischen Durchmesser von weniger als 50 Mikron besteht.
Unter einer Kolbengasmasehine ist hier ein Heissg raskolbenmotor, eine gemäss dem umge- l@ehrteii Heissgaskolbenmotorprinzip arbei tende Kaltgaskühlmasehine oder eine Wärme pumpe zii verstehen.
Unter dem hydraulischen Durchmesser drahtförmigen Materials versteht man den Quotienten aus der 4fachen Oberfläche zum Umfang eines Querschnittes des Drahtes. Der Draht kann einen .runden Querschnitt oder einen andern, zum Beispiel rechteckigen, Querschnitt haben. Die Grösse des bei den Berechnungen von Regeneratoren allgemein verwendeten hydraulischen Durchmessers des drahtförmigen Materials ist wichtig für die thermodynamischen und aerodynamischen Eigenschaften der Regeneratorfüllmasse.
Regeneratoren werden oftmals aus Metall draht hergestellt. So kann man zum Beispiel einen Regenerator herstellen, indem nach Art einer festen Patrone ein gekräuselter Draht spulenartig aufgewickelt wird. Der so gebil dete Regenerator erfüllt im allgemeinen die an ihn zu stellenden Anforderungen.
Diese Anforderungen sind folgende 1. Der Regenerator soll hinreichende Wärmekapazität haben. 2. Der freie Raum im Regenerator soll -nicht zu gross sein.
3. Der Strömungswiderstand des Regene- rators soll nicht zu gross sein.
4. Die Wärineleitimg von der warmen Seite des Regenerators zur .kalten Seite soll nicht zu gross sein.
5. Die Struktur der Füllmasse soll vor zugsweise derart sein, dass über den ganzen Strömungsquerschnitt des Regenerators der 'Widerstand möglichst gleichmässig ist, so dass überall die gleichen thermodynamischen Er scheinungen auftreten.
Ausserdem ist es wichtig, dass der die vor genannten Anforderungen erfüllende Regene- rator nicht zu kostspielig ist. Der Regenerator nach der Erfindung entspricht. den erwähn ten Anforderungen in höherem Masse als die bisher bekannten Regeneratoren und hat weiter den Vorteil, .dass er einfacher her gestellt werden kann.
Der Regenerator nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Draht material eine ungleichmässige gekräuselte Struktur hat und die Kräuselungen sich quer zur Hauptströmungsrichtung des den Regenerator durchströmenden Gases er strecken. Zweckmässig sind die Kräuselungen des Drahtes unregelmässig, wobei es möglich ist, dass gekräuselte Drahtlängen mit unge- kräuselten abwechseln.
Die Kräuselungen können gross oder klein, zum Beispiel 15 mm oder grösser, bis 3 mm oder sogar kleiner sein. Vorzugsweise erstrecken sich die Kräuselun gen senkrecht zur . Haüptdurchströmungs- richtung des Gases im Regenerator. Sie kön nen aber auch ein wenig schräg zu dieser Hauptströmungsrichtung liegen. Wenn der Regenerator zylindrische Wände hat, ist die Hauptströmungsricht-nng des Gases parallel zu einer Erzeugenden dieser zylindrischen Wand.
Die Erfindung umfasst ferner ein Ver fahren zur Herstellung des Regenerators, das dadurch gekennzeichnet ist, dass unter Zu hilfenahme mindestens einer Düse mittels eines Pressgases der Draht einem Raum zu geführt und in Richtung gegen eine das Press- gas durchlassende Wand getragen wird, wobei der Querschnitt dieses Raumes wenigstens an nähernd dem Querschnitt der herzustellenden Regeneratorfüllmasse entspricht,
wonach die auf diese Weise gebildete Füllmasse in der Richtung, in welcher der - Draht durch das Pressgas in den Raiun eingeführt wurde, zu sammengepresst wird.
Falls die Füllmasse aus gezogenem Draht material besteht, ist es aber auch möglich, den Draht zuerst auf den gewünschten Durch messer auszuziehen und hierauf mit der durch das Ziehen entstandenen Härte dem Raum zuzuführen, wodurch im allgemeinen der Draht sich von selbst kräuselt.
Der so ausgebüldete Draht ist also nach dem Ziehvorgang nicht nachgeglüht. Gegebe nenfalls kann ein solcher Draht noch einer Biegespannung unterworfen werden, um die Abmessungen der Kräuselungen voneinander verschieden zu machen.
Gegenstand der Erfindung ist schliesslich noch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung. Diese Vor richtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Drahtspule für das Draht material sowie einen Raum zur Bildung der Füllmasse enthält und mit mindestens einer Düse versehen ist, um dem Raum Drahtmate rial zuzuführen, und der weiterhin auf einer Seite mit einer gasdurchlässigen Wand ver sehen ist. Die Erfindung wird an Hand von Aus führungsbeispielen des Regenerators, des Ver fahrens zu seiner Herstellung und der Vor richtung zur Ausführung des Verfahrens näher erläutert.
Fig.l zeigt eine Kolbengasmasehine und Fig. 2 in grösserem Massstabe einen Schnitt durch einen Regenerator.
Fig.3 ist ein anderer Schnitt durch den Regenerator nach Fig.2.
Fig. 4 ist ein Querschnitt. durch einen Regenerator mit grösseren Kräuselungen als in Fig. 3 und Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung zur Herstel lung eines Regenerators.
Die Kolbengasmaschine nach Fig.1 ist als Kaltgaskühlmaschine ausgebildet. Nament lich bei Kaltgaskühlmaschinen ist es sehr wichtig, dass der Regenerator den höchsten Anforderungen entspricht, so dass namentlich bei diesen Maschinen der Regenerator nach der Erfindung mit Erfolg zur Verwendung kommen kann.
Im Zylinder 1 bewegen sich ein Verdränger 2 und ein Kolben 3 mit kon stantem Phasenunter schied auf und ab, wobei der 'Verdränger dem Kolben voreilt. Sowohl der Verdränger 2 als auch der Kolben 3 sind durch ein eigenes Triebstangensystem 4 bzzv. 5 mit einer eigenen Kurbel 6 bzw. 7 einer gemeinsamen Kurbelwelle 8 verbunden.
Der Raum 9 oberhalb des Verdrängers 2 ist der kalte Raum der Maschine, der durch einen Wärmeaustauscher 10, einen Regenera- tor 11 und einen Kühler 12 mit dem Raum 13 zwischen dein Verdränger 2 und dem Kolben 3 in Verbindung steht.. Dieser letzt genannte Raum wird der warme Raum ge nannt.
Durch die Wand des Wärmeaustauschers 10 und die Wand des kalten Raumes 9 wird dem Mittel, das in der Maschine einem thermodynamischen Kreislauf unterliegt,Wär- meenergie zugeführt. Diese Wärmeenergie wird dem Raum 14 rings um den Wärmeaus- t.auscher 10 entzogen, so dass dieser Raum eine niedrige Temperatur erlangt. Im Kühler 12 wird kalorische Energie von dem Mittel in der Maschine abgeführt. Diese Energie kann Zum Beispiel an Wasser oder an die freie Luft abgegeben werden.
Die Kühlmaschine wird vom Elektromotor 15 angetrieben. Es können jedoch auch andere Motoren, zum Beispiel Benzinmotoren oder Dieselmotoren, zum Antrieb der Kühlmaschine benutzt werden. Der Regenerator 11 dieser Kühlmaschine wird an Hand der Fig. 2, 3 und 4 näher erläutert.
Fig. 2 ist. ein Längsschnitt längs der Linie II-II in Fig. 3 und in Fig. 3 ist ein Quer schnitt längs der Linie III - III in Fig. 2. Der Regenerator ist ringförmig ausgebildet und besitzt eine Aussenwand 20 und eine Innenwand 21; letztere wird im allgemeinen die zylindrische Buchse sein, in der der Kol ben undloder der Verdränger spielen.
Die Füllmasse 22 besteht aus einer grossen An zahl von Schichten 23, deren Dicke verhältnis mässig klein ist und im allgemeinen nicht viel grösser als einige Male die Drahtstärke sein wird. Die Schichten liegen quer zur Haupt strömungsrichtung (mit Pfeil. 24 angedeutet) des Gases im Regenerator.
Das aus einer verhältnismässig geringen Anzahl von Drähten bestehende Drahtmate rial hat, wie in Fig. 3 dargestellt, eine un gleichmässige gekräuselte Struktur; die Kräu selungen 25 liegen quer zur Hauptströmungs- richtung 24.
Das Drahtmaterial bei dieser Ausführungsform besteht aus gezogenem Kupferdraht mit einer Stärke von 30 Mikron. Dieser Kupferdraht wird vor Einführung in den Raum, in dem die Regeneratorfüllmasse hergestellt wird, einer Biegespannung uunter- worfen. Eine ähnliche Struktur entsteht, wenn das Drahtmaterial, nachdem es bis auf das richtige Mass ausgezogen worden ist,
nicht nachgeglüht wird. Der Füllfaktor des Regene- rators ist vorzugsweise kleiner als 300/0 und beträgt bei dieser Ausführungsform 20%.
Fig.4 ist. ein Querschnitt dLUeh einen Regenerator, bei dem das Drahtmaterial nicht vorgekrümmt ist, oder wohl ein Nachglühen stattgefunden hat. Die Kräusell-mgen 26 sind in diesem Fall grösser als in der Ausführungs- form nach Fig.3 und wechseln ab mit im wesentlichen nicht gekrümmten Drahtlängen.
Dieser Regenerator besteht aus einem Chrom- nickeldraht mit einem Durchmesser von 25 Mikron; der Füllfaktor beträgt 16%.
Wie aus den Figuren hervorgeht, ist der Regenerator inhomogen, das heisst, dass die gekräuselte StrLdi:tLLr in allen Schichten un-. gleich ist und die BeL¯ührLLugspunkte des Drahtes mit der Wand umgleichmässig über die ganze Aussen- und Innenoberfläche des Regenerators liegen.
Die Ausführungsbeispiele zeigen ringför mige Regeneratoren, es ist aber auch möglich, Regeneratoren mit einem gleichen Struktur- bild herzustellen, die zum Beispiel zylindrisch ausgestaltet sind.
Ausserdem können Regeneratoren aus Segmenten aufgebaut werden, die durch Zer schneiden eines nach den obengeschilderten Verfahren hergestellten ringförmigen Regene- rators entstehen.
Fig.5 zeigt die Vorrichtung, mit der ringförmige Regeneratoren hergestellt werden können.
Diese Vorrichtung besteht aus einem Gestell 31, auf dem ein Elektromotor 32 an geordnet ist. Eine Luftleitung 33 kann an einen Kompressor oder an eine vorhandene Pressleitung angeschlossen werden. Die Luft leitung 33 teilt sich in zwei Zweige 34 und 35, die beide mit Hähnen 36 bzw. 37 versehen sind. Die Leitung 34 führt zu einer Düse 38, die mit einer Zufuhrleitung 39 und mit einer Abfuhrleitung 40. für den Draht versehen ist.
Am Gestell 31 ist ausserdem eine Halterung 41 befestigt, an der eine Seilscheibe 42 drehbar befestigt ist. Auf dieser Seilscheibe kann eine Drahtspule 43@ angeordnet werden. Die Seil scheibe 42 wird vom Elektromotor 32 an getrieben.
Ferner gibt es eine zweite Halte rung 44 mit einer Drahtführung 45. An. die ser Halterung ist der Dorn 46 befestigt, über den der Draht bei der Zuführung zur Düse gekrümmt wird.
Das Gestell trägt. weiter zwei Halterungen 47 und 48. An der Halterung 47 ist der Deckel 49 befestigt, der mit zwei öffnungen 50 und 51 ausgestattet ist.. An diesen öffntmgen sind die Leitungen 40 und 35 angeschlossen, Mittels der Stange 52 ist der Deckel 49 ausserdem an der Halterung 48 befestigt. Im Deckel 49 kön nen sich die an einem gemeinsamen durch lochten Deckel 55 befestigten Zylinder 53 und 54 gemeinsam tun die Stange 52 drehen.
Die Zylinder werden vom Motor 56, der mit einem Reibrad 57 versehen ist, das mit dem Zylinder 53 in Berührung ist, in Umdrehung versetzt..
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende Vom Motor 32 wird die Seilscheibe 42 in Umdrehung versetzt, so dass sich die Draht spule 43, von der der Draht 58 über den Dorn 46 und die Drahtführung 45 in die Düse 38 geführt ist, abwickeln kann. Mittels der der Leitung 33 zugeführten Pressluft wird der Draht.
durch die Leitung 40 geführt und dem ringförmigen Raum zwischen den Zylindern 53 und 54 zugeführt und in Rich tung gegen die durchlochte Wand 55 ge tragen. Die Zylinder werden vom Elektro motor 56 in Umdrehung versetzt. Durch die Leitung .35 wird dem- ringförmigen Raum eine zusätzliche Menge Luft zugeführt, wo durch die Krätlseltuigen im" Raum in axialer Richtung zusammengedrückt werden.
Die Zu fuhr der zusätzlichen Luft liegt bei dieser Vorrichtung der Drahtzuführung diametral gegenüber; dies ist aber nicht unbedingt erforderlich. Die Luft- verlässt den Raum durch die als Deckel 55 ausgebildete durch- löcherte Wand. Infolge der Umdrehung der Zylinder und der Drahtzufuhr wird der Draht in Kräuselungen gelegt, die quer zur Achse -des Raumes liegen.
Das Krümmen um den Dorn 46 bewirkt, dass die Kräimelirogen verhältnismässig klein und unregelmässig sind, wie in Fig.3 abgebildet ist. Um eine hinreichende Anzahl Kräuselungen zu erhal ten, soll die mittlere Umfangsgeschwindigkeit des Ringraumes höchstens die Hälfte der Zu fuhrgeschwindigkeit des Drahtmaterials be tragen.
Nachdem der ringförmige Raum mit Draht gefüllt worden ist, wird das Material mit einem Stempel in der Richttrog, in wel cher der Draht durch die Pressluft in den Raum eingeführt würde zusammengepresst, sss dass der gewünschte Füllfaktor erhalten wird.
Mit diesem Verfahren kann insbesondere ein Regenerator hergestellt werden, dessen Strömungswiderstand über die ganze Durch strömungsoberfläche möglichst gleich ist.
Eine Eigenschaft des auf diese Weise her gestellten Regenerators ist. weiter, dass das Ausziehen der Regeneratorfüllmasse in der Hauptströmungsrichtung sehr leicht, das Ausziehen der Füllmasse in sämtlichen Rich tungen in der Ebene, in der die Kräuselun gen liegen, also quer zur Hauptströmungs- richtung, jedoch beträchtlich schwieriger ist..
Bei der oben geschilderten -Vorrichtun- ist nur eine Düse vorgesehen; es können aber mehrere Düsen mit je einer Drahtspule vor gesehen sein.
Auch ist es möglich, den Regenerator mit den Wänden<B>53,54</B> in der Kolbengasmasehine unterzubringen, so dass die Füllmasse nicht aus diesen Zylinderwänden entfernt zu wer den braucht, wodurch Beschädigung auf treten könnte.