DE102009023975A1

DE102009023975A1 - Regenerator, in particular for a Stirling cooling device

Info

Publication number: DE102009023975A1
Application number: DE200910023975
Authority: DE
Inventors: Stig K. Andersen; Snorri J. Jonsson; Klaus Reinwand
Original assignee: Danfoss Compressors GmbH
Current assignee: Secop GmbH
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2010-12-16
Also published as: WO2010139316A3; WO2010139316A2

Abstract

Es wird ein Regenerator, insbesondere für eine Stirling-Kühleinrichtung, angegeben mit einem Bandwickel, der ein um eine Achse aufgewickeltes Band (11) aufweist und Strömungkanäle bildet, die sich von einem axialen Ende zum anderen Ende des Bandes erstrecken. Man möchte einen Regenerator auf kostengünstige Weise mit reproduzierbaren Strömungswegen herstellen können. Hierzu ist vorgesehen, dass das Band (11) zwei aneinander anliegende Folien (14, 15) aufweist, wobei jede Folie (14, 15) Ausnehmungen (18, 19, 21) und Flächenbereiche aufweist, die die Ausnehmungen (18, 19, 21) voneinander trennen, und Ausnehmungen (21) in benachbarten Folien (14) einander in Axialrichtung (26) überlappen.There is provided a regenerator, in particular for a Stirling cooling device, with a band wrap having a band (11) wound around an axis and forming flow channels extending from one axial end to the other end of the band. One would like to be able to produce a regenerator in a cost-effective manner with reproducible flow paths. For this purpose, it is provided that the band (11) has two adjoining films (14, 15), wherein each film (14, 15) recesses (18, 19, 21) and surface areas, which the recesses (18, 19, 21 ) and recesses (21) in adjacent foils (14) overlap one another in the axial direction (26).

Description

Die Erfindung betrifft einen Regenerator, insbesondere für eine Stirling-Kühleinrichtung, mit einem Bandwickel, der ein um eine Achse aufgewickeltes Band aufweist und Strömungskanäle bildet, die sich von einem axialen Ende zum anderen axialen Ende des Bandwickels erstrecken.The The invention relates to a regenerator, in particular for a Stirling cooling device, with a tape roll, the a band wound around an axis and flow channels forms, extending from one axial end to the other axial end of the tape roll extend.

Ein Regenerator ist ein wichtiges Bauelement in einer Stirling-Kühleinrichtung und vergleichbaren Wärme-Kraftmaschinen, um den Wirkungsgrad zu erhöhen. Bei einer Stirling-Kühleinrichtung ist der Regenerator zwischen einer heißen Seite und einer kalten Seite einer Verdrängereinheit angeordnet. Wenn Gas von der heißen Seite zur kalten Seite verdrängt wird, dann durchströmt es den Regenerator und gibt einen Teil seiner Wärme an den Regenerator ab. Wenn umgekehrt kaltes Gas von der kalten Seite zur warmen Seite strömt, dann nimmt es im Regenerator Wärme auf.One Regenerator is an important component in a Stirling cooler and comparable heat engines to the efficiency to increase. In a Stirling cooling device is the regenerator between a hot side and a cold side of a displacer unit arranged. If gas displaced from the hot side to the cold side then it flows through the regenerator and gives you one Part of his heat to the regenerator. If vice versa cold gas flows from the cold side to the warm side, then it absorbs heat in the regenerator.

Der Regenerator muss bei einer derartigen Ausgestaltung Bedingungen erfüllen, die sich teilweise widersprechen. Zum einen sollte ein möglichst großer Teil des Gases unmittelbar Kontakt zu Elementen haben, die Wärme aufnehmen und speichern können. Zum anderen sollte der durch Reibung an diesen Elementen bestimmte Strömungswiderstand nicht allzu groß sein. Darüber hinaus sollte es keine größeren lokalen Unterschiede beim Wärmeaustausch und in den Strömungswiderständen geben.Of the Regenerator must in such a configuration conditions that partially contradict each other. For one thing should a large part of the gas immediately Have contact with elements that can absorb and store heat. On the other hand, it should be determined by friction on these elements Flow resistance should not be too big. About that In addition, there should be no major local differences during heat exchange and in the flow resistances give.

Man hat daher in US 6 817 221 B1 vorgeschlagen, einen Regenerator dadurch zu bilden, dass man ein Band in Form einer Folie aufwickelt. Dieses Band wird mit Prägungen versehen, die die Form von kleinen Vorsprüngen haben. Diese Vorsprünge erzeugen dann, wenn benachbarte Windungen des Wickels aneinander anliegen, einen kleinen Spalt, durch den das Gas strömen kann.One has therefore in US Pat. No. 6,817,221 B1 proposed to form a regenerator by winding a tape in the form of a film. This band is provided with embossments that have the form of small protrusions. These projections, when adjacent turns of the coil abut each other, create a small gap through which the gas can flow.

EP 1 580 497 B1 zeigt eine ähnliche Ausgestaltung, bei der zusätzlich noch ein Schritt der Kalibrierung vorgesehen ist, um die Höhe aller Vorsprünge aneinander anzugleichen. EP 1 580 497 B1 shows a similar embodiment, in addition, a step of calibration is provided to equalize the height of all projections to each other.

EP 1 422 484 B1 zeigt einen weiteren Regenerator, der aus einem Bandwickel gebildet ist. Das Band, das in Form einer dünnen Folie vorliegt, weist Vorsprünge auf, die aufgeklebt oder aufgedruckt sind. Hier ist das Herstellungsverfahren relativ aufwändig. EP 1 422 484 B1 shows a further regenerator, which is formed from a tape roll. The tape, which is in the form of a thin film, has protrusions that are glued or printed. Here, the manufacturing process is relatively expensive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Regenerator auf kostengünstige Weise mit reproduzierbaren Strömungswegen herzustellen.Of the Invention is based on the object, a regenerator on cost Produce way with reproducible flow paths.

Diese Aufgabe wird bei einem Regenerator der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Band mindestens zwei aneinander anliegende Folien aufweist, wobei jede Folie Ausnehmungen und Flächenbereiche aufweist, die die Ausnehmungen voneinander trennen, und Ausnehmungen benachbarter Folien einander überlappen.These Task is characterized by a regenerator of the type mentioned solved that the tape at least two adjacent Having films, each film recesses and surface areas having the recesses separate from each other, and recesses adjacent foils overlap each other.

Mit dieser Ausgestaltung kann man Strömungskanäle erzeugen, die mit einer hohen Zuverlässigkeit reproduzierbar sind. Die Strömungskanäle ergeben sich dadurch, dass die Ausnehmungen in benachbarten Folien einander überlappen und zwar der Gestalt, dass eine Abfolge von überlappenden Ausnehmungen einen Strömungspfad von einem axialen Ende zum anderen axialen Ende des Bandwickels erzeugen. Die Flächenbereiche der Folien, die zwischen den Ausnehmungen angeordnet sind, definieren dann die radiale Erstreckung der Strömungskanäle. Diese radiale Erstreckung oder ”Höhe” der Strömungskanäle kann nur insoweit verändert werden, wie das Material der Folie komprimiert wird. Da die Folie praktisch über ihre gesamte Fläche komprimiert werden müsste, ist das Risiko, dass sich durch eine derartige Kompression Änderungen in der Höhe der Strömungskanäle ergeben, wesentlich geringer als im Fall, wo diese Höhe durch eingeprägte oder aufgetragene Vorsprünge auf die Folien definiert wird. Das Gas, das den Generator durchströmt, wird aufgrund der Tatsache, dass sich Ausnehmungen in benachbarten Folien überlappen, um den Strömungspfad zu bilden, beim Durchströmen des Bandwickels umgelenkt.With This configuration can be flow channels produce that reproducible with high reliability are. The flow channels result from this, the recesses in adjacent foils overlap each other namely the shape that a sequence of overlapping recesses a flow path from one axial end to the other produce axial end of the tape roll. The surface areas the foils, which are arranged between the recesses define then the radial extent of the flow channels. This radial extension or "height" of the flow channels can only be changed insofar as the material of the Foil is compressed. Because the foil is practically over her entire area would have to be compressed is the risk that changes due to such compression at the height of the flow channels, much lower than in the case where this height is impressed by or applied projections on the films is defined. The gas that flows through the generator is due to the Fact that recesses overlap in adjacent sheets, to form the flow path as it flows through the band wrap deflected.

Damit erhöht man die Wahrscheinlichkeit, dass alle Teilvolumina des Gases in Kontakt mit einer oder mehreren Folien gelangen. Da die Folien die Wärme aufnehmen bzw. abgeben, wird hierdurch ein guter Wärmeübergang sichergestellt.In order to you increase the probability that all subvolumes of the gas come into contact with one or more foils. There the films absorb or release the heat, thereby a good heat transfer ensured.

Vorzugsweise überlappen Ausnehmungen in einer Folie mindestens zwei Ausnehmungen in einer benachbarten Folie in Axialrichtung. Dadurch sind die Folien gut aufeinander abgestützt.Preferably overlap Recesses in a film at least two recesses in an adjacent Foil in the axial direction. As a result, the films are good on each other supported.

Bevorzugterweise ist in Axialrichtung eine Überlappung zwischen Ausnehmungen benachbarter Folien mindestens so groß wie die Dicke einer der Folien. Allerdings ist bevorzugt, dass die Überlappung wesentlich größer ist als die Dicke der Folien. Beim Übergang von der Ausnehmung in einer Folie, also einem Strömungskanal, der in einer Folie zwischen zwei anderen Folien ausgebildet ist, und einer Ausnehmung in einer benachbarten Folie ergeben sich dann zumindest die gleichen Strömungsquerschnitte wie in einem Strömungskanal selbst. Durch die Änderung der Strömung von einer Folie in die andere Folie wird also kein verschlechtertes Strömungsverhalten bewirkt.preferably, is an overlap between recesses in the axial direction adjacent foils at least as large as the thickness of a the slides. However, it is preferable that the overlap is much larger than the thickness of the films. At the transition from the recess in a film, ie a flow channel, which is formed in a film between two other films, and a recess in an adjacent foil then arise at least the same flow cross sections as in one Flow channel itself. By changing the Flow from one slide to the other slide will be so does not cause impaired flow behavior.

Vorzugsweise überlappen Ausnehmungen in einer Folie zwei Ausnehmungen in einer benachbarten Folie quer zur Axialrichtung. Damit hat das Gas auch die Möglichkeit, den Bandwickel nicht nur streng axial zu durchströmen, sondern das Gas kann auch in Umfangsrichtung des Wickels etwas strömen und ausweichen, falls sich an bestimmten Positionen Verstopfungen ergeben.Preferably, recesses in a film overlap two recesses in an adjacent one th foil transverse to the axial direction. Thus, the gas also has the ability to flow through the tape roll not only strictly axial, but the gas can flow and dodge in the circumferential direction of the coil and something, if there are blockages at certain positions.

Bevorzugterweise gehen Ausnehmungen in einer Folie von deren axialen Ende aus. Dies ist eine besonders einfache Möglichkeit, um einen ”Eingang” für das Gas in den Bandwickel zur Verfügung zu stellen. Die Ausnehmungen sind also nicht nur Löcher in der entsprechenden Folie, sondern Löcher, die den Rand erreichen.preferably, go recesses in a film from its axial end. This is a particularly easy way to get an "input" for to provide the gas in the band wrap. The Recesses are not just holes in the corresponding holes Foil, but holes that reach the edge.

Bevorzugterweise weist das Band an jedem axialen Ende eine Folie mit einer ununterbrochenen Kante auf. Damit erreicht man eine hohe mechanische Stabilität des Bandes. Stege, die zwischen den Ausnehmungen verbleiben, die bis zum axialen Rand der Folie durchgehen, können sich auf der ununterbrochenen Kante abstützen. Sie werden dann, wenn das Band aufgewickelt wird, zwischen Stegen an benachbarten Windungen des Bandwickels festgelegt, so dass sie zuverlässig in ihrer Position gehalten werden. Der Bandwickel bekommt dann das Aussehen und die Eigenschaften einer quasi geschlossenen Stirnseite.preferably, For example, at each axial end, the tape has a continuous-edge film on. This achieves a high mechanical stability of the band. Webs that remain between the recesses, the go through to the axial edge of the film, can supported on the continuous edge. They will then, when the tape is wound up, between webs on adjacent ones Windings of the tape wrap set, making them reliable be held in their position. The tape wrap then gets that Appearance and the properties of a quasi-closed front.

Vorzugsweise weist eine Folie Ausnehmungen auf, die sich in Axialrichtung von einem Steg am axialen Ende bis über die axiale Mitte der Folie hinaus erstrecken. Damit wird ein in Axialrichtung relativ großer ungestörter Strömungsweg für das Gas zur Verfügung gestellt, der mindestens etwa die Hälfte der axialen Länge der Folie ausmacht. Dadurch werden die Strömungswiderstände im Bandwickel klein gehalten.Preferably has a film recesses extending in the axial direction of a ridge at the axial end to over the axial center of the Extend out of the film. This is a relatively large in the axial direction undisturbed flow path for the gas provided that at least about half of axial length of the film makes. This will cause the flow resistances kept small in the tape roll.

Hierbei ist bevorzugt, dass eine Folie Ausnehmungen aufweist, die sich in Axialrichtung bis auf je einen Steg an jedem axialen Ende über die gesamte Länge der Folie erstrecken. Das Gas tritt dann durch Ausnehmun gen, die sich bis zum Rand erstrecken, an der anderen Folie in den Bandwickel ein, durchströmt dann die Ausnehmungen, die sich über fast die gesamte axiale Länge der Folie erstrecken, und tritt dann über Ausnehmungen, in der anderen Folie, die sich wiederum bis zum Rand erstrecken, aus dem Bandwickel aus. Dies erlaubt gute Strömungsverhältnisse.in this connection it is preferred that a film has recesses which are in Axial direction except for one ridge at each axial end extend the entire length of the film. The gas then passes through Recesses that extend to the edge, on the other slide in the band wrap, then flows through the recesses, extending over almost the entire axial length of the Slide, and then passes through recesses, in the other slide, which in turn extend to the edge of the tape roll out. This allows good flow conditions.

In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass zwei Folien jeweils Ausnehmungen aufweisen, die sich von einem axialen Randbereich, der axial durch einen Steg abgeschlossen ist, über die axiale Mitte hinaus erstrecken. Wenn sich die Ausnehmungen der beiden Folien dann überlappen, ergibt sich ein Überlappungsbereich in der axialen Mitte des Bandes, der wiederum zu einem Strömungskanal führt, der sich praktisch über die gesamte axiale Länge des Bandes erstreckt.In an alternative embodiment may be provided that two Slides each have recesses extending from an axial Edge region, which is completed axially by a web over extend the axial center out. When the recesses of the Then overlap both films, resulting in an overlap area in the axial center of the band, which in turn becomes a flow channel which extends practically over the entire axial Length of the band extends.

Vorzugsweise weist das Band zwei gleiche Folien auf, von denen eine Folie um eine quer zur Wickelachse verlaufende Schwenkachse auf die andere Folie geklappt ist. Dies erleichtert die Herstellung. Man muss nur noch eine Art von Folie herstellen, um das Band und nachfolgend den Wickel erzeugen zu können.Preferably the tape has two identical films, one of which is film over a transverse to the winding axis pivot axis to the other Slide is folded. This facilitates the production. You just have to make another type of foil to the tape and subsequently to be able to produce the winding.

Vorzugsweise sind die Ausnehmungen rechteckförmig ausgebildet. Dabei ist der Begriff ”rechteckförmig” nicht im mathematisch strengen Sinne zu verstehen. Die Ausnehmungen haben aber im Wesentlichen gerade verlaufende Kanten. Dies ergibt günstige Verhältnisse im Hinblick auf die Abstützung.Preferably the recesses are rectangular. there the term "rectangular" is not to understand in the mathematically strict sense. The recesses have but essentially straight edges. This gives favorable Conditions with regard to the support.

Vorzugsweise ist der Bandwickel in einem Gehäuse angeordnet und die Folien sind aus einem Material gebildet, das den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Material des Gehäuses aufweist. Dabei ist keine exakte Gleichheit der Wärmeausdehnungskoeffizienten gefordert. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Bandwickel und Gehäuse sollten aber soweit gleich sein, dass sich bei Temperaturänderungen kein Spalt zwischen dem Generator und dem Gehäuse ergibt.Preferably the tape roll is arranged in a housing and the Films are made of a material that has the same coefficient of thermal expansion as the material of the housing has. There is no exact equality of the thermal expansion coefficients required. The coefficients of thermal expansion of tape roll and housing but should be the same as far as that with temperature changes no gap between the generator and the housing results.

Hierbei ist bevorzugt, dass die Folie aus einem Polyester und das Gehäuse aus rostfreiem Stahl gebildet sind. Damit ergeben sich Wärmeausdehnungskoeffizienten, die in ausreichendem Maße aneinander angenähert sind, was für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung als ”gleich” angesehen wird.in this connection It is preferred that the film is made of a polyester and the housing are made of stainless steel. This results in thermal expansion coefficients, which sufficiently approximates each other are what for the purposes of the present description is considered "equal".

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:The Invention will be described below with reference to preferred embodiments described in conjunction with the drawing. Herein show:

1 eine schematische Darstellung einer Verdrängereinheit einer Stirling-Kühleinrichtung, 1 a schematic representation of a displacer unit of a Stirling cooling device,

2 einen Bandwickel, 2 a tape roll,

3 eine erste Ausführungsform eines Bandes, 3 a first embodiment of a band,

4 eine zweite Ausführungsform eines Bandes, 4 a second embodiment of a band,

5 eine dritte Ausführungsform eines Bandes und 5 a third embodiment of a band and

6 eine vierte Ausführungsform eines Bandes. 6 a fourth embodiment of a band.

1 zeigt schematisch im Schnitt eine Verdrängereinheit 1 einer nicht näher dargestellten Stirling-Kühleinrichtung, die für eine Kühlung im Bereich der Umgebungstemperatur vorgesehen ist. Die Verdrängereinheit 1 weist einen Kolben 2 auf, der in einem Zylinder 3 hin und her bewegbar ist. Bei einer Bewegung des Kolbens 3 wird Gas zwischen einem Expansionsraum 4 und einem Kompressionsraum 5 hin und her bewegt. Dabei ist der Expansionsraum 4 am ”kalten” Ende und der Kompressionsraum 5 am ”heißen” Ende der Verdrängereinheit 1 angeordnet. 1 schematically shows in section an Ver drängereinheit 1 a Stirling cooling device, not shown, which is provided for cooling in the ambient temperature. The displacer unit 1 has a piston 2 up in a cylinder 3 is movable back and forth. During a movement of the piston 3 gas becomes between an expansion space 4 and a compression room 5 moved back and forth. Here is the expansion space 4 at the "cold" end and the compression room 5 at the "hot" end of the displacer unit 1 arranged.

Ein Wärmetauscher 6 ist dem Expansionsraum 4 benachbart. Ein Wärmetauscher 7 ist dem Kompressionsraum 5 benachbart angeordnet. Zwischen den beiden Wärmetauschern 6, 7 ist ein Regenerator 8 angeordnet, der einen Ringspalt zwischen dem Zylinder 3 und einem Gehäuse 9 der Verdrängereinheit 1 ausfüllt. Der Regenerator 8 nimmt Wärme aus dem Gas auf, wenn dieses vom Kompressionsraum 5 zum Expansionsraum 4 strömt. Umgekehrt gibt der Regenerator 8 Wärme an das Gas ab, wenn das Gas vom Expansionsraum 4 zum Kompressionsraum 5 strömt.A heat exchanger 6 is the expansion space 4 adjacent. A heat exchanger 7 is the compression room 5 arranged adjacent. Between the two heat exchangers 6 . 7 is a regenerator 8th arranged, which has an annular gap between the cylinder 3 and a housing 9 the displacer unit 1 fills. The regenerator 8th absorbs heat from the gas when this is from the compression space 5 to the expansion area 4 flows. Conversely, the regenerator gives 8th Heat to the gas when the gas from the expansion space 4 to the compression room 5 flows.

Hierzu muss der Regenerator 8 einerseits eine Gasströmung zulassen, d. h. er muss Strömungskanäle zur Verfügung stellen, durch die Gas strömen kann. Zum anderen muss der Regenerator 8 eine möglichst große Fläche zur Verfügung stellen, über die Wärme vom Gas auf den Regenerator 8 übergehen kann.For this the regenerator must 8th on the one hand allow a gas flow, ie he must provide flow channels available, can flow through the gas. On the other hand, the regenerator 8th provide as large an area as possible, via the heat from the gas to the regenerator 8th can go over.

2 zeigt nun einen Bandwickel 10, aus dem der Regenerator 8 im Wesentlichen gebildet ist. Der Bandwickel 10 weist ein Band 11 auf, das um eine Achse 12 gewickelt ist. Zur Erläuterung ist ein Ende 13 des Bandes 11 abgewickelt. Beim fertigen Regenerator 8 ist das Ende 13 auf den Umfang des Bandwickels 10 aufgelegt. 2 now shows a tape roll 10 from which the regenerator 8th is essentially formed. The tape winder 10 has a band 11 up, about an axis 12 is wound. An explanation is an end 13 of the band 11 settled. At the finished regenerator 8th is the end 13 on the circumference of the tape roll 10 hung up.

Das Band 11 weist mindestens zwei Folien 14, 15 auf, die aneinander anliegen. Wenn das Band 11 aufgewickelt wird, dann ergibt sich im Schnitt eine Schichtung, die gebildet ist aus einer Folie 14, einer Folie 15, einer Folie 14, einer Folie 15, etc.The ribbon 11 has at least two slides 14 . 15 on, which abut each other. If the tape 11 is wound, then results in the average layering, which is formed from a film 14 , a slide 15 , a slide 14 , a slide 15 , Etc.

3 zeigt nun schematisch den Aufbau des Bandes 11 mit der ersten Folie 14 (3a) und der zweiten Folie 15 (3b). Die erste Folie 14 weist an ihren beiden axialen Kanten 16, 17 (sämtliche Richtungsangaben beziehen sich hierbei auf die Achse 12) quer zur Richtung der Achse 12 angeordnete Ausnehmungen 18, 19 auf, die jeweils bis zu ihrem benachbarten axialen Rand der Folie 14 durchgehen, so dass beide axialen Enden eine rechteckförmig gezackte Struktur aufweisen. Zwischen den Ausnehmungen 18, 19 verbleiben Flächenbereiche 20, die die Ausnehmungen 18, 19 voneinander trennen. 3 now shows schematically the structure of the band 11 with the first slide 14 ( 3a ) and the second film 15 ( 3b ). The first slide 14 has at its two axial edges 16 . 17 (All directional information refers to the axis 12 ) transverse to the direction of the axis 12 arranged recesses 18 . 19 on, each up to its adjacent axial edge of the film 14 go through so that both axial ends have a rectangular jagged structure. Between the recesses 18 . 19 remain surface areas 20 that the recesses 18 . 19 separate each other.

Die zweite Folie 15 weist Ausnehmungen 21 auf, die an ihren beiden axialen Enden durch Stege 22, 23 und quer zur Axialrichtung durch Stege 24, 25 begrenzt sind. Die Teilung der Ausnehmungen 18, 19 und die Teilung der Ausnehmungen 21 unterscheiden sich von einander.The second slide 15 has recesses 21 on, at its two axial ends by webs 22 . 23 and transverse to the axial direction by webs 24 . 25 are limited. The division of the recesses 18 . 19 and the division of the recesses 21 are different from each other.

Wenn man nun die beiden Folien 14, 15 aufeinander legt, um das Band 11 zu erzeugen, wie es in 3c darge stellt ist, dann kann man erkennen, dass sich Strömungskanäle ergeben, durch die ein Gas in Strömungsrichtung (Pfeil 26) strömen kann.Now if you have the two slides 14 . 15 puts on each other to the tape 11 to produce as it is in 3c Darge is shown, then you can see that flow channels arise through which a gas in the flow direction (arrow 26 ) can flow.

So wird ein Strömungskanal dadurch gebildet, dass die Ausnehmung 21 in der zweiten Folie 15 eine Ausnehmung 18 und eine Ausnehmung 19 in der zweiten Folie 14 überlappt. Gas kann also in die Ausnehmung 18 in der ersten Folie 14 eintreten. Danach muss es über die Foliendicke der Folie 14 radial nach außen oder innen fließen, so dass es in die Ausnehmung 21 der benachbarten Folie 15 gelangt. Dort kann das Gas über praktisch die gesamte axiale Länge der zweiten Folie 15 strömen, bis es durch den Steg 23 am Weiterfließen in der Ausnehmung 21 gehindert wird. An dieser Stelle befindet sich jedoch bereits wieder die Ausnehmung 19 der ersten Folie 14, so dass das Gas über die Ausnehmung 19 die erste Folie 14 verlassen kann.Thus, a flow channel is formed by the recess 21 in the second slide 15 a recess 18 and a recess 19 in the second slide 14 overlaps. So gas can be in the recess 18 in the first slide 14 enter. After that it has to be about the film thickness of the film 14 flow radially outward or inward, leaving it in the recess 21 the adjacent slide 15 arrives. There, the gas can over virtually the entire axial length of the second film 15 flow until it passes through the jetty 23 on the further flow in the recess 21 is prevented. At this point, however, is already the recess again 19 the first slide 14 so that the gas passes through the recess 19 the first slide 14 can leave.

Der Flächenbereich 20 der ersten Folie 14 ist mit der notwendigen Anzahl von Stützstellen auf den Stegen 22–25 abgestützt, so dass die Dicke oder radiale Erstreckung der Ausnehmungen 21 auch dann erhalten bleibt, wenn das Band 11 mit einer gewissen Spannung auf den Bandwickel 10 aufgewickelt wird. In gleicher Weise sind die Stege 22, 23 in ausreichendem Maße auf Stegen 27, 28 abgestützt, die benachbarte Ausnehmungen 18 voneinander trennen. Gleiches gilt für Stege, die die Ausnehmungen 19 voneinander trennen. Man kann also mit einer hohen Zuverlässigkeit dafür sorgen, dass die Strömungskanäle alle die gleiche radiale Erstreckung haben. Diese radiale Erstreckung ergibt sich einfach durch die Dicke der Folien 14, 15.The surface area 20 the first slide 14 is with the necessary number of support points on the webs 22 - 25 supported so that the thickness or radial extent of the recesses 21 is preserved even if the tape 11 with a certain tension on the tape roll 10 is wound up. In the same way are the bars 22 . 23 sufficiently on jetties 27 . 28 supported, the adjacent recesses 18 separate each other. The same applies to webs that the recesses 19 separate each other. So you can ensure with a high reliability that the flow channels all have the same radial extent. This radial extent results simply through the thickness of the films 14 . 15 ,

Einige Ausnehmungen 18, 19 in der ersten Folie 14 überlappen zwei nebeneinander liegende Ausnehmungen 21 in der zweiten Folie 15. Aufgrund der ungleichen Teilung der Ausnehmungen 21 einerseits und der Ausnehmungen 18, 19 andererseits ergibt sich quer zur Achse 12, also beim Bandwickel 10 in Umfangsrichtung, eine allmähliche Verschiebung der Stege 27, 28 zu den Ausnehmungen 21, was man gut in 3c erkennen kann.Some recesses 18 . 19 in the first slide 14 overlap two adjacent recesses 21 in the second slide 15 , Due to the unequal division of the recesses 21 on the one hand and the recesses on the other 18 . 19 on the other hand results transverse to the axis 12 So at the tape winding 10 in the circumferential direction, a gradual shift of the webs 27 . 28 to the recesses 21 what you are good at 3c can recognize.

Die beiden Folien 14, 15 können zweckmäßigerweise von getrennten Vorratsspulen abgewickelt werden. Sie werden zusammengeführt erst kurz vor dem Auftreffen auf den Bandwickel. Da die Folien 14, 15 immer auf geringfügig unterschiedlichen Durchmessern liegen, kann sich dadurch eine leichte Verschiebung der Folien 14, 15 in Umfangsrichtung ergeben, was aber unkritisch ist.The two slides 14 . 15 can be conveniently handled by separate supply spools. They are merged just before the impact on the tape roll. Because the slides 14 . 15 always be on slightly different diameters, this can be a slight Ver shift of the slides 14 . 15 in the circumferential direction, but this is not critical.

Die Folien 14, 15 sind beispielsweise aus einem Polyester gebildet. Das Gehäuse 9 ist aus Edelstahl oder rostfreiem Stahl gebildet. Damit haben der Regenerator 8, der Zylinder 3 und das Gehäuse 9 einen sehr ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Bei Temperaturänderungen ergeben sich dann keine Spalte zwischen dem Gehäuse 9 und dem Regenerator 8 bzw. zwischen dem Zylinder 3 und dem Regenerator 8.The slides 14 . 15 are formed, for example, of a polyester. The housing 9 is made of stainless steel or stainless steel. So have the regenerator 8th , the cylinder 3 and the case 9 a very similar thermal expansion coefficient. When temperature changes then arise no gaps between the housing 9 and the regenerator 8th or between the cylinder 3 and the regenerator 8th ,

4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform von Folien 14, 15. Gleiche und funktionsgleiche Elemente wie in 1 sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. 4 shows a modified embodiment of films 14 . 15 , Same and functionally identical elements as in 1 are denoted by the same reference numerals.

Geändert hat sich nur die Folie 14. Zusätzlich zu den Ausnehmungen 18, 19 sind in Axialrichtung hintereinander mehrere quer zur Axialrichtung verlaufende Ausnehmungen 29, 30, 31 vorgesehen. Wie aus 4c zu erkennen ist, überlappen die Ausnehmungen 29–31 nebeneinander liegende Ausnehmungen 21 in der zweiten Folie 15. Das Gas, das den Regenerator 8 durchströmt, kann also nicht nur axial, sondern auch radial und in Umfangsrichtung fließen.Only the slide has changed 14 , In addition to the recesses 18 . 19 are in the axial direction one behind the other several transverse to the axial direction recesses 29 . 30 . 31 intended. How out 4c it can be seen overlap the recesses 29 - 31 adjacent recesses 21 in the second slide 15 , The gas that is the regenerator 8th flows through, so it can flow not only axially, but also radially and in the circumferential direction.

Bei dem Ausführungsbeispiel, das in 5 dargestellt ist, ist die erste Folie 14 genauso aufgebaut, wie die Folie 15, d. h. das Muster der Ausnehmungen ist gleich. Allerdings ist die Folie 14 gegenüber der Folie 15 um eine quer zur Achse 12 verlaufende Schwenkachse um 180° gekippt und dann um die axiale Länge der zweiten Folie 15 verlagert.In the embodiment shown in FIG 5 is shown, is the first slide 14 just like the foil 15 ie the pattern of the recesses is the same. However, the foil is 14 opposite the foil 15 around a cross axis 12 extending pivot axis tilted by 180 ° and then to the axial length of the second film 15 relocated.

Dementsprechend weisen beide Folien 14, 15 Ausnehmungen 18 am axialen Rand auf und Ausnehmungen 21, die sich über die axiale Mitte der Folien 14, 15 hinaus erstrecken. Ferner sind Ausnehmungen 29, 30 vorgesehen, die benachbarte Ausnehmungen 21 in der jeweils anderen Folie quer zur Axialrichtung überlappen.Accordingly, both films 14 . 15 recesses 18 on the axial edge and recesses 21 extending over the axial center of the slides 14 . 15 extend beyond. Further, recesses 29 . 30 provided, the adjacent recesses 21 in the other film overlap transversely to the axial direction.

Wie aus 5c zu erkennen ist, kann Gas durch Ausnehmungen 18 in der ersten Folie 14 eintreten, gelangt dann in Ausnehmungen 21 der zweiten Folie und strömt dort in Axialrichtung, bis es zu einer Ausnehmung 21 in der ersten Folie 14 gelangt. Von dort gelangt es in eine Ausnehmung 18 der zweiten Folie 15 und kann dort den Bandwickel 10 verlassen. Hier ist lediglich Vorausset zung, dass sich die Ausnehmungen 21 über die axiale Mitte der Folien 14, 15 hinaus erstrecken.How out 5c can be seen, gas through recesses 18 in the first slide 14 enter, then enters recesses 21 the second film and flows there in the axial direction until it becomes a recess 21 in the first slide 14 arrives. From there it gets into a recess 18 the second slide 15 and can there the tape wrap 10 leave. Here is only a prerequisite that the recesses 21 over the axial center of the films 14 . 15 extend beyond.

Die Folien können eine relativ geringe Dicke aufweisen. Die Dicke kann eine Größenordnung im Bereich von 30 bis 100 μm aufweisen.The Films can have a relatively small thickness. The Thickness can be an order of magnitude in the range of 30 have up to 100 microns.

Der Überlappungsbereich von zwei Ausnehmungen sollte mindestens so groß sein wie die Dicke der Folien 14, 15.The overlap area of two recesses should be at least as large as the thickness of the films 14 . 15 ,

6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem, ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel der 5, die erste Folie 14 genauso aufgebaut ist, wie die zweite Folie 15. Allerdings ist auch hier die Folie 14 gegenüber der Folie 15 um eine quer zur Achse 12 verlaufende Schwenkachse um 180° gekippt und dann um die axiale Länge der zweiten Folie 15 verlagert. 6 shows a third embodiment in which, similar to the embodiment of the 5 , the first slide 14 just like the second foil 15 , However, here is the slide 14 opposite the foil 15 around a cross axis 12 extending pivot axis tilted by 180 ° and then to the axial length of the second film 15 relocated.

Beide Folien 14, 15 weisen Ausnehmungen 18 am axialen Rand auf. Die Ausnehmungen 18 strecken sich über die axiale Mitte der Folien 14, 15 hinaus. Wenn die beiden Folien 14, 15 dann übereinander gelegt werden, ergeben sich, wie in 6c zu erkennen ist, Überlappungsbereiche 31. Gas, das in Richtung des Pfeiles 26 strömt, tritt durch die Ausnehmungen 18 der ersten Folie 14 in das Band 11, d. h. in den Bandwickel 10, ein und durchströmt die Ausnehmung 18 der ersten Folie 14 über ihre volle axiale Länge. Wenn der Flächenbereich 20 der ersten Folie 14 ein Weiterströmen des Gases in axialer Richtung verhindert, dann strömt das Gas durch den Überlappungsbereich 31 und gelangt dann in die Ausneh mung 18 der zweiten Folie 15. Dabei kann es sich sowohl um eine zweite Folie 15 handeln, die radial außerhalb der ersten Folie 14 ist als auch um eine zweite Folie 15, die radial innerhalb der ersten Folie 14 liegt.Both slides 14 . 15 have recesses 18 on the axial edge. The recesses 18 extend over the axial center of the films 14 . 15 out. If the two slides 14 . 15 then be superimposed, arise as in 6c can be seen, overlapping areas 31 , Gas moving in the direction of the arrow 26 flows, passes through the recesses 18 the first slide 14 in the band 11 ie in the tape roll 10 , and flows through the recess 18 the first slide 14 over its full axial length. If the area area 20 the first slide 14 prevents further flow of the gas in the axial direction, then the gas flows through the overlap region 31 and then gets into the Ausneh determination 18 the second slide 15 , This can be both a second slide 15 act radially outside the first slide 14 is as well as a second slide 15 that are radially inside the first film 14 lies.

Auch mit dieser Ausgestaltung wird ein relativ geringer Strömungswiderstand erreicht, der mit einer großen Wärmeübergangsfläche kombiniert ist.Also With this embodiment, a relatively low flow resistance achieved, with a large heat transfer surface combined.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- US 6817221 B1 [0004]
EP 1580497 B1 [0005]
- EP 1422484 B1 [0006]

Claims

A regenerator, in particular for a Stirling cooling device, comprising a band wrap having a band wound around an axis and forming flow channels extending from one axial end to the other axial end of the band wrap, characterized in that the band ( 11 ) at least two adjacent films ( 14 . 15 ), each foil ( 14 . 15 ) Recesses ( 18 . 19 ; 21 ) and surface areas ( 20 ; 22 - 25 ), which the recesses ( 18 . 19 ; 21 ) and recesses ( 18 ; 21 ) in adjacent foils ( 14 . 15 ) each other in the axial direction ( 26 ) overlap.

Regenerator according to claim 1, characterized in that recesses ( 21 ) in a film ( 15 ) at least two recesses ( 18 . 19 ) in a neighboring film ( 14 ) overlap in the axial direction.

Regenerator according to claim 1 or 2, characterized in that in the axial direction ( 26 ) an overlap between recesses ( 18 . 19 ; 21 ) of adjacent slides ( 14 . 15 ) is at least as large as the thickness of one of the films ( 14 . 15 ).

Regenerator according to one of claims 1 to 3, characterized in that in recesses ( 18 . 19 ; 29 - 31 ) in a film ( 14 ) two recesses ( 21 ) in an adjacent foil ( 15 ) transverse to the axial direction ( 26 ) overlap.

Regenerator according to one of claims 1 to 4, characterized in that recesses ( 18 . 19 ) in a film ( 14 ) from its axial end ( 16 . 17 ) go out.

Regenerator according to claim 5, characterized in that the band ( 11 ) at each axial end a foil ( 15 ) with a continuous edge.

Regenerator according to one of claims 1 to 6, characterized in that a film ( 15 ) Recesses ( 21 ), which extend in the axial direction ( 26 ) from a footbridge ( 22 ) at the axial end over the axial center of the film ( 15 ).

Regenerator according to one of claims 1 to 6, characterized in that a film ( 15 ) Recesses ( 21 ), which extend in the axial direction ( 26 ) except for one jetty ( 22 . 23 ) at each axial end over the entire length of the film ( 15 ).

Regenerator according to one of claims 1 to 7, characterized in that two adjacent foils ( 14 . 15 ) recesses ( 21 ) extending from an axial edge region axially through a web ( 22 ), extend beyond the axial center.

Regenerator according to one of claims 1 to 9, characterized in that the band ( 11 ) two identical films ( 14 . 15 ), of which a film ( 14 ) about a transverse to the winding axis ( 12 ) extending pivot axis on the other slide ( 15 ) worked.

Regenerator according to one of claims 1 to 10, characterized in that the recesses ( 18 . 19 . 21 . 29 - 31 ) are rectangular.

Regenerator according to one of claims 1 to 11, characterized in that the tape roll ( 10 ) in a housing ( 9 ) and the films ( 14 . 15 ) are formed of a material having the same thermal expansion coefficient as the material of the housing ( 9 ) having.

Regenerator according to claim 12, characterized in that the foils ( 14 . 15 ) made of a polyester and the housing ( 9 ) are formed of stainless steel.