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Regenerator Es ist bekannt, Heißgasmaschinen (Heißgasmotoren und nach
dein umgekehrten Heißgasmotorprinzip arbeitende Kühlmaschinen) mit Regeneratoren
zu versehen. Solche Regeneratoren sind auf dem Wege des in der Maschine arbeitenden
Mittels zwischen der warmen und der kalten Seite der 'Maschine angeordnet und sollen
dem von der warmen zu der kalten Seite der Maschine fließenden Mittel eine möglichst
große Wärmemenge entziehen, diese Wärme speichern und sie wieder an das von der
kalten zu der warmen Seite der Maschine durch dieselben Kanäle zurückfließende Mittel
abgeben. Regeneratoren verbessern in hohem Maße die Wärmeökonomie solcher Maschinen.
Bei Regeneratoren bisher bekannter Art, die im allgemeinen in Form von Drahtregeneratoren
ausgebildet sind, ist der `'Widerstand des diese Regeneratoren durchfließenden Mittels
groß, was die Nutzwirkung der Maschine beeinträchtigt.
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Die Erfindung bezweckt, einen Regenerator zu schaffen, der bei gleicher
Wärmeübertragungsfähigkeit einen geringeren Widerstand als ein Drahtregenerator
hat.
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Der in der Heißgasmaschine gemäß der Erfindung vorhandene Regenerator
weist eine oder mehrere Füllmassen auf, in denen eine Anzahl parallel geschalteter
Kanäle für das Mittel ausgespart sind, deren hydraulische Durchmesser höchstens
Zoo ,u betragen, während das Verhältnis zwischen der Länge und dem hydraulischen
Durchmesser wenigstens 25 beträgt.
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Unter dem hydraulischen Durchmesser eines
Kanals ist
der Quotient aus dem Vierfachen der Fläche und dem Umfang des Querschnitts dieses
Kanals zu verstehen.
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Es wurde gefunden, daß sich durch weitgehende Vermeidung von Einströmungserscheinungen
eine rationelle und gleichmäßige Wärmeübertragung über eine große Länge des Kanals
zwischen dem Mittel und dem Regeneratormaterial ergibt, die nur von geringen Druckverlusten
begleitet ist. Mit Rücksicht auf eine rationelle Wärmeübertragung ist es außerdem
erwünscht, den Kanälen einen kleinen Durchmesser, d. h. kleiner als 20011
,zu
geben. Die Verwendung einer großen Anzahl von Kanälen mit kleinem hydraulischen
Durchmesser bei einem gegebenen Gesamtdurchgang ermöglicht es, die Länge der Kanäle
proportional kleiner zu bemessen, wodurch der schädliche Raum kleiner wird. Es ist
gefunden worden, daß es zur Erzielung einer Strömung, bei der die Einströmungserscheinungen
nur über einen verhältnismäßig kleinen Teil der Länge eines Kanals auftreten, besonders
erwünscht ist, daß das Verhältnis zwischen der Länge der Kanäle und dem hydraulischen
Durchmesser wenigstens 25 beträgt.
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Ein wesentlicher Vorteil bei der Verwendung der erfindungsgemäß ausgebildeten
Regeneratoren ist der, daß die Druckverluste bei diesen Regeneratoren wesentlich
geringer sind als bei DrahtregeAeratoren mit gleichen Wärmeübertragungseigenschaften.
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Zum Unterschied von Drahtregeneratoren kann beim erfindungsgemäß ausgebildeten
Regenerator die Wärmekapazität des Regenerators dadurch vergrößert werden, daß die
Kanalwände stärker gestaltet werden. Dabei bleibt die Gestalt der Kanäle und somit
die Strömung in diesen Kanälen die gleiche, so daß auch der schädliche Raum, die
Wärmeübertragungsfähigkeit und der Druckverlust gleich bleiben. Bei Drahtregeneratoren
wird die Wärmekapazität durch Vergrößerung der Drahtstärke gesteigert. Dies beeinträchtigt
jedoch die Wärmeübertragungsfähigkeit.
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Der erfindungsgemäß ausgebildete Regenerator kann auf verschiedene
Weise hergestellt werden. Es ist z. B. möglich, sich im wesentlichen in einer einzigen
Richtung erstreckende parallele Drähte in einem umhüllenden Material unterzubringen
und darauf ganz oder teilweise derart zu beseitigen, daß im umhüllenden Material
fortlaufende Kanäle verbleiben. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
können dabei Textilfasern mit einem Brei aus keramischem Material getränkt werden,
worauf das Ganze geheizt wird, bis das keramische Material erhärtet und der Faserstoff
größtenteils verschwunden ist. Das Textilmaterial kann dabei in Form eines Gewebes
mit im wesentlichen zueinander parallelen Ketten- und Einschlagsfäden verwendet
werden; dieses Gewebe wird dann in einer Anzahl von Lagen (z. B. zusammengefaltet
oder zusammengerollt) angeordnet. Wenn das Gewebe derart zusammengebaut ist, daß
in ihm die Einlagen in einer Richtung aus Textilfasern und 'n der anderen Richtung
aus Metalldrähten bestehen, so ergibt sich der Vorteil, daß durch passende Heizung
des keramischen Materials die Textilfasern wohl, die Metalldrähte dagegen nicht
verschwinden, so daß eine Füllmasse verbleibt, in der die Kanäle für das durchfließende
NIittel sowie auch die Metalldrähte vorhanden sind, die sich im wesentlichen quer
zur Durchflußrichtung des Mittels erstrecken und eine passende «'ärme@-erteilung
in einer Richtung quer zur Durchfließrichtung besorgen. Anstatt Textilfasern können
auch Metalldrähte in der Masse zur Bildung der Kanäle für das 'Mittel verwendet
werden. In diesem Fall müssen die Metalldrähte, nachdem die Füllmasse gebildet worden
ist, aus der Masse entfernt werden, was z. B. durch Schmelzen, Verflüchtigen, Oxydieren
oder durch Elektrolyse bewirkt «erden kann.
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Abgesehen von diesen Möglichkeiten kann erfindungsgemäß die Füllmasse
auch auf ganz andere Weise hergestellt werden. Es kann von einem Materialstreifen
ausgegangen werden, in dem auf geeignete Weise auf einer Seite oder beiderseits
parallele Nuten vorgesehen sind. Durch Zusammenrollen dieses Streifens entsteht
dann eine Füllmasse, in der eine große Anzahl untereinander paralleler Kanäle ausgespart
ist. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß von einem Streifen thermoplastischen
Materials ausgegangen wird, das mit einer Walze warm gewalzt wird, die gemäß der
Erzeugenden mit feinen ?Tuten oder Rillen versehen ist. Es besteht weiter die Möglichkeit,
einen Streifen aus einem bei Temperaturerhöhung erhärtenden Material zu verwenden,
wobei während des Härtvorganges die Nuten durch Pressen in einer Matrize gebildet
werden.
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An Hand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
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Fig. i stellt eine Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgeführten
Regenerators dar. Es bezeichnet io das Regeneratorgehäuse. In ihm ist eine Füllmasse
i i untergebracht, in der eine sehr große Anzahl von Kanälen 12 ausgespart ist.
Diese bilden parallele Durchgänge für das den Regenerator durchfließende Mittel.
Zwecks größerer Deutlichkeit sind die Durchmesser dieser Kanäle nicht im Verhältnis
zu den anderen Abmessungen dargestellt. Damit sich nun die vorherbeschriebene vorteilhafte
Wirkung ergibt, beträgt der hydraulische Durchmesser dh der Kanäle, die hier, da
die Kanäle einen runden Querschnitt haben, dem wirklichen Durchmesser entspricht,
So le. Weiter übersteigt die Länge l der Kanäle das 25fache des hydraulischen Durchmessers
der Öffnungen. Die Füllmasse i i besteht hier aus keramischem Material, das also
eine schlechte Wärmeleitfähigkeit hat. Um die Wärmekapazität der Füllmasse zu vergrößern
und eine gleichmäßige Temperatursteigerung in zur Strömungsrichtung des Mittels
senkrechten Richtungen zu bewirken, sind hier in den Füllmassen eine Anzahl wendelförmig
gewickelter Metalldrähte 13 untergebracht. Diese Füllmasse wird so hergestellt,
daß von einem Gewebe ausgegangen wird, in dem eine große, der Kanalzahl entsprechende
Anzahl von Textilfasern als Kettenfäden und eine kleine, der Anzahl der Wendeln
13 entsprechende Anzahl
von Metalldrähten als Einschlagfäden verwendet
sind. Dieses Gewebe wird mit einem Brei aus keramischem Material getränkt, zusammengerollt
und auf solche .Temperatur geheizt, daß die Textilfasern verschwinden. Auf diese
Weise wird die dargestellte, pfropfenförmige Füllmasse i i gewonnen.
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Wenn gemäß der in Fig.2 dargestellten Ausführungsform der Regenerator
mehrere aufgetürmte Füllmassen enthält, so muß zur Erzielung der angestrebten Wirkung
wenigstens die Länge 12 und 1,
der Kanäle in einer der Füllmassen mindestens
das 25fache des hydraulischen Durchmessers der Kanäle betragen. Dieser Durchmesser
dh beträgt hier 25 11.
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Bei der Ausführungsform nach Fig.2, bei der die Füllmasse aus zwei
aufeinanderliegenden Teilen 2o und 21 besteht, ist zwischen diesen Teilen ein Zwischenraum
23 vorhanden, über den die Kanäle miteinander in der Querrichtung verbunden sind.
Es ergibt sich, daß eine solche gegenseitige Verbindung der Kanäle die vorteilhafte
Wirkung des Regenerators nicht beeinträchtigt.
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Fig. 3 stellt einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform
dar, bei der ein Streifen 3o aus thermoplastischem Material auf einer seiner Seitenflächen
mit besonders feinen Nuten 31 versehen ist. Darauf ist dieser Streifen, wie aus
der Figur ersichtlich ist, zusammengerollt worden.
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Fig.4 stellt eine andere Ausführungsform dar, bei der an einem flachen
Streifen :'o ein gerillter Streifen 41, z. B. durch Kleben, befestigt ist, worauf
das so entstandene Ganze zur Bildung einer Füllmasse zusammengerollt wird.