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Regenerator zur Verwendung in Heißgaskolbenmaschinen Es ist bekannt,
Regeneratoren zur Verwendung in Heißgaskolbenmaschinen derart auszubilden, daß die
Füllmasse in der Hauptströmungsrichtung des Gases durch den Regenerator Teile mit
unterschiedlichen Wärmekapazitäten je Einheit des Regeneratorvolumens aufweist.
Hierbei ist unter einer Heißgaskolbenmaschine ein Heißgaskolbenmotor, eine nach
dem umgekehrten Heißgaskolbenmotorprinzip arbeitende Kühlmaschine oder eine nach
diesem Prinzip arbeitende Wärmepumpe zu verstehen.
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Die bekannte Bauart verfolgt den Zweck, die Strömungsverluste des
den Regenerator durchfließenden Gases auf der warmen Seite des Regenerators möglichst
klein zu halten, da das Gas bei der Strömung von der kalten nach der warmen Seite
des Regenerators in ihm aufgewärmt wird, so daß die gleiche Gewichtsmenge an Gas
auf der warmen Seite ein größeres Volumen als auf der kalten Seite besitzt. Infolge
dieses großen Gasvolumens würde, wenn die Durchtrittsöffnung des Regenerators auf
der warmen und auf der kalten Seite gleich wäre, die Geschwindigkeit des Gases auf
der «armen Seite am größten sein, so d@aß in diesem Falle auch die Strömungsverluste
auf dieser Seite am größten wären. Gemäß dieserAnregung könnten die großen Strömungsverluste
auf der wärmen Seite durch Vergrößerung der Durchtrittsöffnung des Regenerators
auf dieser Seite verhütet werden. Die :bekannte Bauart hat jedoch auch zur Folge,
daß die Wärmekapazität der Füllmasse von der warmen Seite nach der kalten Seite
zunimmt.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es auch aus anderen
Gründen erwünscht ist, einen Regenerator mit einer Füllmasse herzustellen, die unterschiedliche
Wärmekapazitäten in der
Hauptströmungsrichtung des Gases aufweist,
da bei Heißgaskolbenmaschinen sowohl in dem Raum, der sich auf der warmen Seite
des RegeneratoTs an ihn anschließt, als auch in dem Raum, der sich auf der kalten
Seite an ihn, anschließt, Temperaturschwankungen auftreten, so daß das Gas in den
Regenerator mit schwankender Temperatur eintritt. Versuche haben ergeben, daß durch
diese Temperaturschwankungen ein Abfallen der Nutzleistung des Regenerators gegenüber
der theoretischen Nutzleistung des Gases bedingt ist. Es zeigt sich nämlich, daß
diese Temperaturschwankungen, die besonders nahe bei und in den Einströmflächen
des Regenerators auftreten und die in den .der Mitte zunächst liegenden. Teilen
geringer werden, zu besonderen Strömungsverlusten führen.
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Diese Verluste können verhütet oder doch verringert werden, -,nenn
gemäß -der Erfindung die Wärmekapazitäten je Einheit des Regeneratorvolumens derjenigen
Teile der Füllmasse, denen die Einströmungsflächen des Regenerators angehören, größer
sind: als die der dazwischenliegenden Teile.
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Zweckmäßig sind die Wärmekapazitäten beider Teile der Füllmasse, denen
die Einströmungsflächen des Regenerators angehören, einander im wesentlichen gleich.
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Eine einfache Regeneratorbauartkann sich ergeben, wenn gemäß einerweiterenAusführungsform
der Erfindung die Füllmasse aus wenigstens drei quer zu t der Hauptströmungsrichtung
des Gases liegenden Teilen besteht.
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Es hat sich gezeigt, daß in gewissen Fällen besonders guteErgebnisse
erzielbar sind, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die
Wärmekapazität der Füllmasse von den Einströmungsflächen zur Mitte hin abnimmt.
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Gemäß einer baulich vorteilshaften Ausführungsform der Erfindung bestehen
die Teile der Füllmasse, die die Einströmungsflächen bilden, aus mit etwas Zwischenraum
aufgewickeltem :Metallband.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der einige
Ausführungsformen der Erfindung schematisch dargestellt sind.
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Fig. i zeigt einen Heißgaskolbenmotor; Fig. 2 und 3 zeigen in größerem
Maßstabe einen Schnitt durch, und eine Draufsicht auf einen Regenerator der in dem
Heißgasmotor untergebrachten Art. Dieser Regenerator besteht aus drei Lagen; Fig.
4 zeigt einen Schnitt durch einen Regene.-rator, bei dem der Verlauf der Wärmekapazität
im wesentlichen linear is"t.
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Der Heißgaskolbenmotor der Fig. i ist ein Verdrängermotor und ist
mit einem Zylinder i versehen, in dem ein Verdränger 2 und ein Kolben 3 sich mit
konstanter Phasendifferenz hin und her bewegen. Der Verdränger 2 ist mittels eines
Pleuelstangenmechanismus 4 mit einer Kurbel 5 einer Kurbelwelle 6 gekuppelt. Ähnlich
ist der Kolben 3 mittels des Pleuelstangensystems 7 mit einer Kurbel 8 der Kurbelwelle
gekuppelt. Der Raum über :dem Verdrän.ger 2 ist der warme Raum g, und dieser Raum
ist über den Erhitzer io, Regenerator i i und Kühler 12 mit dem Raum 13 zwischen
dem Verdränger 2 und dem Kolben 3 ver'bund'en. Der Raum 13 ist der sogenannte kalte
Raum vier Maschine. Der Motor ist mit einem Brenner 14 versehen, mittels dessen
Wärmeenergie an den Erhitzer abgegeben werden kann. Der Regenerator ist ringförmig
und aus mehreren Lagen zusammengebaut. Die äußeren Lagen 15 und 16 haben eine größere
Wärmekapazität als die zwischen diesen Lagen liegenden Schichten 17.
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Fig.2 zeigt einen Schnitt durch einen solchen aus drei Teilen bestehenden
Regenerator. Die äußeren Teile 2o und 21 sind aus aufgewickeltem Metallband hergestellt,
wie aus der Draufsicht der Fig.3 ersichtlich ist. Die Wärmekapazität dieser äußeren
Lagen mit Einströmungsflächen 22 und 23 beträgt etwa 0,25 g cal/cm3 ° C.
Der Innenteil 24 besteht aus aufgewickeltem Metalldraht mit einem Durchmesser von
So Mikron, und diese Schicht hat eine Wärmekapazität von o,12g cal/cm3 ° C.
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Fig.4 zeigt einen aus einer großen Anzahl von Lagen zusammengebauten
Regenerator, bei- dem die Wärmekapazität, von,den äußeren Lagen 30 und 31
ausgehend, gegen die Mitte hin kleiner wird und die mittlere Schicht 32 die.kleinste
Wärmekapazität hat. Es kann z. B. die Wärmekapazität der Lagen 30 und
3, 0,30 g cal'/cm3 ° C betragen. Die Wärmekapazität der mittleren Schicht
32 beträgt o,o8 g cal/cm3 ° C, und die Differenz .in den Wärmekapazitäten zwischen
.den äußeren Schichten und der mittlerenSchicht isst weitestgehend über die anderen
Schichten verteilt..