DE1301352B

DE1301352B - Waerme-Regenerator

Info

Publication number: DE1301352B
Application number: DE1965N0026164
Authority: DE
Inventors: Mulder Jan; Van Geuns Johannes Rudolphus
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1964-02-07
Filing date: 1965-02-04
Publication date: 1969-08-21
Also published as: BE659386A; GB1047113A; NL6401013A; FR1448009A

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärme-Regenerator, der eine Füllmasse enthält, welche aus einer Anzahl aufeinandergestapelter Metallgazen besteht.

Diese Art von Regeneratoren ist z. B. aus der deutschen Patentschrift 921 421 bekannt. Derartige Regeneratoren werden z. B. in Kaltgas-Kühlmaschinen und anderen Vorrichtungen zum Erzeugen von Kälte benutzt. Der Regenerator wird dabei in abwechselnder Richtung einmal von einem komprimierten Medium durchflossen, das seine Wärme an die Füllmasse abgibt, das andere Mal von einem expandierten Medium, das Wärme aus der Füllmasse aufnimmt.

Ein Vorteil der Anwendung von Gazen als Füllmasse besteht darin, daß wegen ihrer Struktur diese Gazen nur örtlich Punktkontakte miteinander haben. Dies bedeuet, daß der Wärmeleitwiderstand zwischen zwei benachbarten Gazen verhältnismäßig groß ist, ohne daß zusätzliche Isoliermittel erforderlich sind. Infolgedessen ist die Wärmeleitfähigkeit in der Rieh- ao tung, in der das Medium durch die Füllmasse fließt, gering. Ein weiterer Vorteil von aus Gazen bestehenden Regeneratoren ist der, daß das Medium nicht durch fest umgrenzte Strömungskanäle zu fließen braucht, sondern nach jeder Gaze das Medium sich in der Querrichtung etwas vermischen kann.

Eine bei diesen Regeneratoren auftretende Schwierigkeit besteht darin, daß das Material der Gaze, z. B. Kupfer, Phosphorbronze usw., bei sehr niedrigen Temperaturen eine nicht hinreichend hohe spezifische Wärme hat. Dies bedeutet, daß bei den niedrigen Temperaturen pro Zyklus keine hinreichende Menge Wärme in der Füllmasse gespeichert und aus der Füllmasse wieder aufgenommen werden kann. Mit diesen bekannten Regeneratoren ist es daher nicht möglich, äußerst niedrige Temperaturen zu erreichen.

Es ist bekannt, daß andere Materialien bei diesen niedrigen Temperaturen noch eine gute spezifische Wärme aufweisen. Diese Materialien haben jedoch den Nachteil, daß sie alle so weich sind und eine so niedrige Zugfestigkeit haben, daß keine Gaze hieraus hergestellt werden kann.

Aus der britischen Patentschrift 931 260 ist ein Regenerator bekannt, dessen Füllmasse aus einer Anzahl aufeinandergestapölter, perforierter Metallplatten besteht, die mit einer Oberflächenschicht eines Metalls versehen sind, das bei niedriger Temperatur eine hohe spezifische Wärme hat. Ein Nachteil dieses Regenerators ist der, daß zusätzliche Vorkehrungen (Abstandsstücke) notwendig sind, um die Wärmeleitfähigkeit in der Durchströmungsrichtung zu beschränken. Infolgedessen ist dieser Regenerator relativ teuer.

Die Erfindung bezweckt, einen relativ billigen Regenerator eingangs erwähnter Art zu schaffen, der unter äußerst niedrigen Temperaturen noch zufriedenstellende Austauschleistungen ergibt.

Der Regenerator nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Mettallgaze aus Drähten besteht, die nach der Herstellung der Gaze an der Oberfläche mit einer ersten, aus einem Metall mit einer verhältnismäßig hohen spezifischen Wärme unter 100° K bestehenden Metallschicht versehen sind und auf dieser Schicht eine zweite Schicht vorgesehen ist, die aus einem Metall mit einer größeren Härte als die erste Schicht besteht.

Durch Anbringen der ersten Schicht wird erreicht, daß der Regenerator bei Temperaturen unter 100^c K eine gute Wärmekapazität aufweist. Die zweite relativ harte Oberflächenschicht verhindert, daß an den Kontaktstellen benachbarter Gazen die erste, weiche Schicht flach oder sogar weggedrückt wird, und sorgt dafür, daß die Gazen unter Aufrechterhaltung der natürlichen Gazenstruktur nur Punktkontakte miteinander haben, wodurch die Wärmeleitfähigkeit in der Durchströmrichtung gering ist.

Die Metallschichten können elektrolytisch auf der Gaze niedergeschlagen werden. Die Gazenstruktur wird dabei sehr gut aufrechterhalten, d. h., die Maschen verschlammen nicht. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Metallschicht chemisch oder durch Aufdampfen auf der Gaze anzubringen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat das Metall der zweiten Oberflächenschicht unterhalb 100° K eine verhältnismäßig geringe Wärmeleitfähigkeit.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht die erste Metallschicht aus einem Metall der Gruppe Blei, Quecksilber, Cadmium, Thallium, Seltene Erdmetalle, Cäsium, Indium, Wismut und Legierungen derselben.

Das Material der zweiten Oberflächenschicht kann Chrom, Nickel, Eisen oder eine Legierung derselben sein.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform eines Regenerators nach der Erfindung ist die Metallgaze aus Drahtmaterial mit einem Durchmesser von maximal 100 Mikron aufgebaut, ist die Maschenweite der Gaze mindestens gleich dem Drahtdurchmesser, hat die erste Metallschicht eine Dicke kleiner als 45 °/o der Maschenweite und die zweite Schicht eine Dicke von maximal 10 Mikron. Auf diese Weise wird ein Regenerator erhalten, der bei sehr niedrigen Temperaturen noch einen sehr guten Wirkungsgrad aufweist, weil ohne zusätzliche Vorkehrungen die Wärmeleitfähigkeit in der Strömungsrichtung gering ist.

Bei einer weiteren günstigen Ausführungsform des Regenerators nach der Erfindung sind die Drähte der Gaze mit einer Anzahl von Oberflächenschichten versehen, die abwechselnd aus einem Metall mit verhältnismäßig hoher spezifischer Wärme unter 100 K und aus einem Metall mit einer größeren Härte und einer verhältnismäßig geringen Wärmeleitfähigkeit unter 100⁰K bestehen.

Claims

Patentansprüche:

1. Wärme-Regenerator mit einer Füllmasse, die aus einer Anzahl aufeinandergestapelter Metallgazen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallgaze aus Drähten besteht, die nach der Herstellung der Gaze an der Oberfläche mit einer ersten, aus einem Metall mit einer verhältnismäßig hohen spezifischen Wärme unter 100° K bestehenden Metallschicht versehen sind und auf dieser Schicht eine zweite Schicht vorgesehen ist, die aus einem Metall mit einer größeren Härte als die erste Schicht besteht.

2. Regenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der zweiten Oberflächenschicht unter 100° K eine verhältnismäßig geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist.

3. Regenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht aus einem Metall der Gruppe bestellt, die Blei,

Quecksilber, Cadmium, Thallium, Seltene Erdmetalle, Cäsium, Indium, Wismut und Legierungen derselben umfaßt.

4. Regenerator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Oberflächenschicht aus Chrom, Nickel, Eisen oder Legierungen derselben besteht.

5. Regenerator nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Metallzange aus Drahtmaterial mit einem Durchmesser von maximal 100 Mikron besteht, die Maschenweite der Gaze mindestens gleich dem Drahtdurchmesser ist, die erste Metallschicht eine Dicke kleiner als 45 "/oder Maschenweite hat und die zweite Schicht eine Dicke von maximal 10 Mikron hat.

6. Regenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte der Gaze nach deren Herstellung mit einer Anzahl von Oberflächenschichten versehen sind, die abwechselnd aus einem Metall mit verhältnismäßig hoher spezifischer Wärme unter 100° K und einem Metall mit einer größeren Härte und einer verhältnismäßig geringen Wärmeleitfähigkeit unter 100° K bestehen.