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Regeneratoren der Wärme

[378] Regeneratoren der Wärme sind Hilfsapparate von Wärmemotoren (s.d.), deren Aufgabe darin besteht, in jedem Kreisprozesse (s.d.) oder sonstigen Arbeitsprozesse während einer gewissen Periode Wärme von der Arbeitsflüssigkeit aufzunehmen und während einer andern Periode Wärme an die Arbeitsflüssigkeit wieder abzugeben, so daß bei bestimmter Arbeitsleistung weniger Wärme von außen (vom Heizraum aus) zuzuführen ist oder bei bestimmter Wärmezufuhr von außen eine größere Arbeitsleistung erreicht wird. Der wirksame Teil des Regenerators muß hiernach ein für die Arbeitsflüssigkeit leicht durchlässiger Körper sein, welcher Wärme schnell aufnehmen und abgeben kann (große Oberfläche u.s.w.). Bei einzelnen Maschinen waren es Metallröhren, bei andern Drahtnetze [5], bei der Riderschen Maschine sind es Gußeisenplatten mit Zwischenräumen.

Bezeichnen für eine bestimmte indizierte Arbeit L_i (s. Aeußere Arbeit, Wärmemotoren) Q₁ + q und Q₁ die Wärmezufuhren von außen ohne und mit Regenerator, 1/A = 424 das mechanische Wärmeäquivalent (s.d.), so ist der thermische Wirkungsgrad η_t als Verhältnis des Wärmewertes der indizierten Arbeit zur Wärmezufuhr von außen:

wonach der thermische Wirkungsgrad durch Anwendung des Regenerators im Verhältnis Q₁ + q : Q₁ zunimmt.

Denkt man sich den Arbeitsprozeß und den Regenerator eines Wärmemotors so angeordnet, daß die indizierte Arbeit L_i gleich der disponibeln Arbeit L_d (größten theoretisch möglichen Arbeit, s. Wärmemotoren), der indizierte Wirkungsgrad η_i als Verhältnis L_i : L_d also gleich 1 wird, so hat man es mit einer Maschine mit vollkommenem Regenerator zu tun.

Die Arbeitsprozesse eines Wärmemotors mögen nun, wie bei Verwendung von Regeneratoren mehrfach angestrebt, aus zwei isothermischen Uebergängen (Bd. 5, S. 221) der absoluten Temperaturen T₁, T₂ und zwei isodiabatischen Uebergängen (Bd. 5, S. 214) bestehen. Dann ergibt sich auf Grund der allgemeinen Beziehungen für umkehrbare Kreisprozesse (Bd. 5, S. 691) die indizierte Arbeit ohne und mit Wirksamkeit eines Regenerators [15], S. 105:

Bei vorgeschriebenen Grenztemperaturen T₁, T₂ entspricht die disponible Arbeit La dem Carnotschen Kreisprozeß (Bd. 5, S. 691), und man erhält [15], S. 106:

Wenn also die Grenztemperaturen T₁, T₂ der Arbeitsflüssigkeit als gegeben gelten und der Arbeitsprozeß aus zwei isothermischen Uebergängen dieser Temperaturen T₁, T₂ und zwei beliebigen isodiabatischen Uebergängen bestünde, so würde ein die ganze Wärmezufuhr und Wärmeentziehung auf letzteren besorgender Regenerator einen vollkommenen Regenerator darstellen; die Wärme würde durch seine Mitwirkung ebenso ausgenutzt wie beim Carnotschen Kreisprozeß. Während dieser wegen q = 0 (die isodiabatischen Uebergänge sind dann adiabatische Zustandsänderungen) den Regenerator überflüssig macht, fällt der durch letzteren[378] erreichte Vorteil nach 4., 5. um so größer aus, je größer die Wärmezu- und -abfuhr q auf den gewählten isodiabatischen Uebergängen ist.

Die Regeneratoren spielten bis jetzt nur bei Heißluftmaschinen (s.d.) eine Rolle. Ihre Anwendung wurde zwar auch bei Dampfmaschinen versucht (Compt. rend. 1855, XL, S. 5, 309; [5]), wobei der Regenerator den Dampf abwechselnd überhitzen und sättigen sollte, doch ohne bleibenden Erfolg. Dagegen erhielt schon die erste Heißluftmaschine, welche Robert Stirling 1816 erdachte und nach wesentlichen Verbesserungen 1827 patentieren ließ, einen Regenerator [1], S. 140, [2], S. 362. Es wird gewöhnlich angenommen, daß der Arbeitsprozeß dieser Maschine entsprechend Fig. 2 annähernd aus zwei isothermischen Uebergängen und zwei Uebergängen bei konstantem Volumen (als isodiabatischen Uebergängen) bestand. Bei einer von Hirsch vorgeschlagenen Heißluftmaschine mit Regenerator [7], S. 448 sollten an Stelle der Uebergänge von konstantem Volumen solche von konstantem Druck treten (Fig. 3). Näheres und Beispiele betreffend die Kreisprozesse dieser Maschinen s. [15], S. 194. Wenn nun auch die Arbeitsprozesse ausgeführter Maschinen mit Regenerator im allgemeinen erheblich von den besprochenen Kreisprozessen mit vollkommenem Regenerator abweichen, so zeigten doch insbesondere Versuche von Schöttler mit einer Riderschen Heißluftmaschine ([9], [11], [15], S. 187), daß der Nutzeffekt bei gleichmäßiger Feuerung nach Ausschaltung des Regenerators ganz bedeutend abnahm.

Literatur: [1] Rankine, On the geometrical representation of the expansive action of heat. and the theory of thermodynamic engines, Philosophical Transactions 1854, S. 115 (s. insbesondere S. 137 ff.). – [2] Ders., A manual of steam engines and other prime movers, London 1859, S. 344 (Stirlings Maschine S. 362). – [3] de Saint-Robert, Principes de Thermodynamique, Turin et Florence 1870, S. 287. – [4] Briot, Lehrbuch der mechanischen Wärmetheorie, deutsch von Weber, Braunschweig 1871, S. 88, 92, 93. – [5] Zetsche, Beitrag zur Geschichte der Regeneratoren, Polyt. Zentralbl. 1872, S. 1441. – [6] Reitlinger, Ueber Kreisprozesse mit zwei isothermischen Kurven, Zeitschr. d. Oesterr. Ing. u. Arch.-Ver. 1873, S. 245. – [7] Hirsch, Théorie des machines aerothermiques, Annales des ponts et chaussées 1874, I, S. 409. – [8] Air engines, Engineering 1875, XIX, S. 201, 241, 287, 320, 355, 363, 417, 504. – [9] Schöttler, Ueber die Heißluftmaschine von Rider, Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1881, S. 633. – [10] Schröter, Ueber die Anwendung von Regeneratoren bei Heißluftmaschinen, Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1883, S. 449. – [11] Knoke, Nutzen der Regeneratoren bei Heißluftmaschinen, ebend. 1886, S. 641. – [12] Köchy, Ueber die Theorie der geschlossenen Heißluftmaschinen, Verhandl. d. Ver. für die Beförd. d. Gewerbefleißes 1888, S. 433. – [13] Grashof, Theoretische Maschinenlehre, III, Kraftmaschinen, Leipzig 1890, S. 750, 768, 774, 776, 785, 789, 795, 803, 806, 825. – [14] Zeuner, Technische Thermodynamik, I, Leipzig 1900, S. 304, 338, 348, 353, 369. – [15] Weyrauch, Grundriß der Wärmetheorie, I, Leipzig 1905, S. 104, 185, 191, 194.

Weyrauch.

Fig. 1., Fig. 2., Fig. 3.