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Bei kleinen Gaskältemaschinen sind zur Abkühlung bzw. Erwärmung
des Kreislaufmediums Regeneratoren bekannt, in die heterogenes, kurzfaseriges, metallisches
Drahtfasermaterial mit sehr geringen Faserdurchmessern eingeprellt ist. Diese Regeneratoren
dienen jedoch nur der Anwärmung und Wiederabkühlung des von Verunreinigungen freien
Kreislaufgases im Takt der Verdrängermaschine. Da das Kreislaufgas frei von kondensierbaren
Beimengungen ist, finden im Regenerator keine Kondensations-, Ausfrier-, Verdunstungs-,
Verdampfungs- und Sublimationsvorgänge statt. Außerdem sind die Umschaltzeiten sehr
kurz. Aus diesem Grunde sind solche Regeneratoren nicht für Anlagen mit großen Gasdurchsätzen
geeignet, in denen eine erhebliche Menge von Fremdstoffen - beispielsweise sind
dies bei Regeneratoren für Luftzerlegungsanlagen im wesentlichen Wasser und Kohlendioxyd
- abgeschieden werden muß und möglichst lange Schaltzeiten angestrebt werden, um
die Schaltverluste gering zu halten und den nachgeschalteten Rektifikationsvorgang
möglichst wenig durch die unvermeidlichen Schaltstöße zu stören. Bei den bekannten
Regeneratoren kann außerdem die Füllmasse im allgemeinen nur an Ort und Stelle in
das Innere des Regenerators eingeschüttet oder eingepreßt
werden.
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fülliriasse für Tieftemperatur-Regeneratoren
zu schaffen, die eine gute Anpassungsfähigkeit des Regenerators an die verschiedenen
Betriebsbedingungen ermöglicht und insbesondere kleine äußere Re-;eneratordimensionen
und dabei relativ lange Schaltzeiten zuläßt. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst,
daß die Füllmasse aus Drahtgestrick besteht. Eine derartige Füllmasse weist eine
so große für aen h)ärineaustausch zur Verfügung stehende Oberfläche pru Volumeneinheit
und einen so überraschend guten Wärmeübergang auf, daß bei gleicher Wärmeübertragungsaufgabe
die äußeren Dimensionen des Regenerators Wesentlich kleiner als die der bekannten
Regeneratoren mit Schüttungen werden. Außerdem ergibt sich, daß der erfindungsgemäße
Regenerator wesentlich schlanker als die Regeneratoren mit Füllkörperschüttungen
wird, was sehr gleichmäßige Strömungs- und Temperaturverhältnisse über sämtliche
Regeneratorquerschnitte ergibt. Es sind lange Schaltzeiten möglich. Obwohl der in
dem erfindungsgemäßen Regenerator eingeschlossene freie Raum, bezogen auf die Vcluineneinheit,
größer als bei Schüttungen ist, sind infolge der sehr kleinen Regeneratorabmessungen
die Schaltverluste gering. Die Herstell-, Fundamentierungs- und Betriebskosten,
der Raumbedarf und die Kälteverluste sind somit auch kleiner als die der bekannten
Regeneratoren.
Dem Drahtgestrick kann infolge des guten inneren Zusammenhalts der Drähte jede beliebige
Form verliehen werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn zur Herstellung des Drahtgestricks
flacher Draht verwendet wird. Der Draht kann dabei zu einem im wesentlichen gleichmaschigen
Gestrick gestrickt werden. Das Gestrick kann als Band oder auch als Schlauch hergestellt
werden.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung können eine Anzahl Schläuche
zusammengearückt und von einem weiteren Schlauch eingeschlossen werden. Der so hergestellte
gefüllte Schlauch kann in eine Form von vorzugsweise rechteckigem Querschnitt gebracht
werden,-was seine gute Weiterverarbeitung ermöglicht.
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Das Band sowie der leere oder der gefüllte Schlauch können zu scheibenförmigen
Rollen, deren Durchrriesser dem Innendurchmesser des mit Vorteil verwendeten runden
Regenerators entspricht, gewickelt werden. Diese Rollen werden im Regenerator aufeinandergeschichtet,
bis er gefüllt ist.
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Es ist auch möglich, das band- oder schlauchförmige Material in Richtung
der Längsachse des Regenerators über dessen
gesamte Länge oder Teillängen
wendelartig aufzuwickeln, bis die Dicke des Regenerators erreicht ist. Die Wicklung
kann hierbei in der Art von Kreuzgegenströmern erfolgen, wenn die Wickelrichtungen
zweier aufeinanderfolgender Lagen einen Winkel miteinander einschließen. Bei der
gewickelten Anordnung der Drahtgestrickfüllung ist es auch möglich, Rohre für Turbinen-und/oder
Reingase in die Füllung mit einzuwickeln.
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Es ist ferner daran gedacht, das als Band, dessen Breite der Länge
des Füllungsraumes des Regeneratörs entspricht, hergestellte Gestrick um die Längsachse
des Regenerators zu wickeln, bis die Dicke des Regenerators erreicht ist.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung können aus dem als breiten
Band gefertigten Gestrick Platten ausgeschnitten werden, deren Größe dem Regeneratorquerschnitt
entspricht. Diese Platten können zu Scheiben aufeinandergedrückt und in den Regenerator
eingelegt werden. Es ist auch möglich, diese Platten in einzelnen Teilen aus dem
Band zu schneiden, beispielsweise bei kreisförmigem Regeneratorquerschnitt in Kreissektoren,
die in gleicher Weise aufeinandergedrückt und in den Regenerator eingelegt werden.
Dabei wird zweckmäßigerweise darauf geachtet, daß die vertikalen Fugen jeder Lage
von Scheiben gegeneinander versetzt sind, um ein ungehindertes Durchströmen
des
Gases zu verhindern.
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Eine weitere Ausbildung der Erfindung liegt darin, daß das Metalldrahtgestrick
nach seiner Herstellung vor oder, nach Einlegen in den Regenerator zusammengepreßt
wird, wodurch die Raumerfüllung des Gestricks im Regenerator erhöht wird.
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Die Raumerfüllung soll bei diesen Regeneratoren zur Erhöhung der Wärmekapazität
pro Volumeneinheit möglichst groß sein. Sie soll mehr als 20 96, vorzugsweise 25
bis 27 %, betragen. Die obere Grenze ist dabei einerseits durch die technische
Grenze des
Zusammenpressens und andererseits dadurch gegeben, daß der Strömungswiderstand
für die durchströmenden Gase nicht zu groß sein darf. Je nach Verwendungszweck
der Regeneratoren sind auch Raumerfüllungen von weniger als 20 % möglich, wenn dabei
vergrößerte Regeneratorabmessungen in Kauf genommen werden.
Um einen möglichst guten Wärmeübergang vom durch-
strömenden Gas auf
die Füllmasse zu haben, soll das Verhältnis von Drahtoberfläche zu Regeneratorvolumen
möglichst groß sein. Dies ist bei einer großen Raumerfüllung und besonders
dünnen Drähten der Fall. Die Drahtaberfläche läßt sich außerdem dadurch steigern,
daß flache Drähte verwendet werden. Der Querschnitt der Drähte soll die Größenordnung
von einzelnen Quadratmillimetern nicht überschreiten. Vorzugsweise werden
Drähte
mit einem Querschnitt von etwa 0,05 bis 0,2 mm 2 verwendet.
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Als Drahtmaterial kommen bei Regeneratoren für Luftzerlegungsanlagen
im wesentlichen Aluminium oder korrosionsbeständiger Stahl in Frage, Wobei trotz
des Vorteils des geringeren Gewichts des Aluminiums ein Regenerator mit Stahldrahtgestrick
wegen seiner noch geringeren äußeren Abmessungen und Schaltverluste vorzuziehen
ist.
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Eine besonders vorteilhafte Ausbildung des Erfindungsgedankens ist
es, die Drahtgestrickfüllung in Kombination mit einer Füllmasse anderer Art, insbesondere
größerer Raumerfüllung, in einunddemselben Regenerator anzuordnen. Diese massereichere
Füllmasse, beispielsweise Horden, ist bei Regeneratoren für Luftzerlegungsanlagen
vorteilhafterweise am Warmende der Regeneratoren angeordnet und kann infolge ihrer
guten Wärmespeicherkapazität die zum Auskondensieren bzw.-frieren der Verunreinigungen,
wie H20 und C02, notwendige besonders große Kältemenge gut speichern. Dagegen
ist die mit Vorteil im verbleibenden Innenraum, also am Kaltende, der Regeneratoren
angeordnete Drahtgestrickfüllung für die weitere Abkühlung der im wesentlichen von
Verunreinigungen befreiten Luft besonders günstig infolge ihrer sehr großen für
den Wärmeaustausch
zur Verfügung stehenden Oberfläche pro
Volume.neinheit und
ihres überraschend guten Wärmeübergangs.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer in
der
Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert.
Es zeigens Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen
Drahtgestrick,
Fig.
2 ein Hand aus dem Drahtgestrick,
Fig. 3 einen Schlauch aus dem Gestrick,
Fig.
4 einen mit mehreren Schläuchen gefüllten und
rechteckig zusammengedrückten
Schlauch und die
Fig. 5 bis 9 verschiedene Anordnungen der Drahtgestrickfüllung
in einem Regenerator mit Kreisquerschnitt, dessen Mantel zur Sichtbarmachung
der PUllung teilweise
aufgerissen ist.
Die
Füllung gemäß Fig. 5 besteht aus übereinander geschichteten scheibenförmigen Rollen,
welche aus einem Band oder einem leeren oder gefüllten Schlauch gewickelt und zusammengepreßt
sind und deren Durchmesser dem Innendurchmesser des Regenerators entspricht.
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Bei der Füllung gemäß Fig. 6 ist ein Band oder Schlauch in Richtung
der Längsachse des Regenerators über dessen gesamte Länge wendelartig aufgewickelt
und zusammengepreßt, bis die Dicke des Regenerators erreicht ist. Die Wickelrichtungen
zweier aufeinanderfolgender Lagen schließen einen Winkel miteinander ein.
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Die Füllung gemäß Fig. 7 besteht aus einem Band, dessen Breite der
Länge des Füllungsraums des Regenerators entspricht und das ebenfalls um die Regeneratorachse
gewickelt und zusammengepreßt ist, bis die Dicke des Regenerators erreicht ist.
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Bei der Füllung gemäß Fig. 8 sind Scheiben übereinander aufgeschichtet,
die aus aufeinandergepreßten Drahtgestrickplatten bestehen, deren Größe dem Regeneratorquerschnitt
entspricht.
Gemäß Fig. 9 sind diese Scheiben aus kreissektorförmigen
Einzelteilen zusammengesetzt, wodurch ein leichteres Einlegen in den Regenerator
ermöglicht wird. Dabei sind die vertikalen Fugen jeder Lage von Scheiben gegeneinander
versetzt, um ein ungehindertes Durchströmen des Gases zu verhindern.
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Die äußeren Dimensionen des erfindungsgemäßen Regenerators sind, wie
gesagt, bei gleicher Wärmeübertragungsaufgabe wesentlich kleiner als die der bekannten
Regeneratoren mit ?Ullkörperschüttungen. Außerdem ist der erfindungsgemäße Regenerator
wesentlich schlanker als die bekannten Regeneratoren mit Schüttungen, was sehr gleichmäßige
Strömungs- und Temperaturverhältnisse über sämtliche Regeneratorquerschnitte ergibt,
Diese Vorteile der Erfindung wurden durch einen rechnerischen Vergleich eines Regenerators
mit Drahtgestrickfüllung mit einem Regenerator mit Stahlsand- bzw. Kugelfüllung
für die gleiche Wärmeübertragungsaufgabe ermittelt.
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Als Vergleichsfaktoren dienten zwei von den Werten der Wärmeübertragungsaufgabe
und spezifischen Werten der je-
weiligen Ftillkörperart abhängige
dimensionslose Kennzahlen, der
Raumfaktor KR und der Formfaktor
Kg. Dabei ist der Raumfaktor KR eine Verhältniszahl für den Bedarf an
Regeneratorvolumen pro
Nm3/ sec Durchsatz und der Formfaktor Kg
eine Verhältnia$ahl
für die Form des Regenerators. Je kleiner
K R, umso kleiner sind die Regeneratordimensionen, und je größer KF, umso schlanker
ist der Regenerator.
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Es ergaben sich die in der folgenden Tabelle. zusammengestellten Werte:
| Art der Füllung KR KF |
| Drahtgestrick 0,269 i0,34 |
| Stahlsand 0,562 1,99 |
| Kugel 3 mm 0 0,402 0,489 |
| Kugel 10 mm 0 1,377 7,28 |
Der erhebliche Vorteil des Drahtgestrickregenerators ist aus vorstehender Tabelle
deutlich zu erkennen.