DE2050198B2 - Erhitzungssystem fuer eine kraftmaschinenanlage - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Erhitzungssystem zum Zuführen von Wärme zu einem Erhitzer einer Kraftmaschinenanlage, in der ein Medium einen thermodynamischen Kreislauf durchführt, wie eines Heißgasmotors, mit einem wärmetransportierenden Medium, das sich in einem geschlossenen Raum befindet, im Betrieb von einer Verdampfungswand unter Aufnahme von von einer Wärmequelle herrührender Wärme verdampft und an einer Kondensationswand unter Abgabe von ⁶S Wärme an den Erhitzer kondensiert, wobei das Kondensat von der Kondensations- zur Verdampfungswand zurückgeführt wird.

tin Erhitzungssystem obenerwähnter Art ist aus der NL-PS 58 355 bekannt. Ein derartiges System, wobei zum Transportieren von Wärme von der Wärmequelle zum Erhitzer die Verdampfungs- und Kondensationswärme verwendet wird, bietet unter anderem den Vorteil daß ein großer Wärmetransport erhalten werden kann, ohne daß zum Transport des Mediums verwickelte und teure Pumpen oder Ventile erforderlich sind. Das Transportmedium wird dabei derart gewählt, daß es eine Kondensationstemperatur hat, die der Betriebstemperatur des Erhitzers der thermodynamisehen Kraftmaschinenanlage entspricht. Das Transportmedium wird dann durch die von der Wärmequelle zugeführte Wärme verdampft. Der Dampf strömt zum Erhitzer infolge der Tatsache, daß die Temperatur und somit die Dampfspannung an der Stelle der Wärmequelle etwas höher sind als an der Stelle des Erhitzers. Don kondensiert der Dampf unter Abgabe von Wärme und das Kondensat wird entweder untere Einfluß der Schwerkraft cder mit Hilfe einer Pumpe wieder zur Wärmequelle zurückgeführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Erhitzungssystem der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine kompakte Bauweise aufweist und wirtschaftlich und betriebssicher arbeitet. Die Aufgabe wird dad.irch gelöst, daß die Wärmequelle innerhalb des geschlossenen Raums angeordnet ist und die Verdampfungswand durch Wandteile der Wärmequelle gebildet

Aui diese Weise ist ein sehr kompaktes System erhalten und ist die Gefahr einer Beschädigung der Wärmequelle praktisch eliminiert.

Eine günstige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems hat das Kennzeichen, daß die Wärmequelle durch einen oder mehrere Behälter gebildet ist, die mit einem wärmespeichernden Stoff gefüllt sind, wobei die Wände dieser Behälter, die den wärmespeichernden Stoff vom geschlossenen Raum trennen, an ihrer diesem Raum zugewandten Seite mit einer Kapillarstruktur versehen sind.

Ein solches System ist besonders geeignet für Anwendung dort, wo keine Verbrennungsluft vorhanden ist oder keine Rauchgase erzeugt werden dürfen. Die Kapillarstruktur auf den Behälterwänden gewährleistet durch Kapillarwirkung eine völlige Benetzung der Behälterwandoberflächen, so daß über die ganze Oberfläche Verdampfung auftritt. Dies ist besondres bei hohen Behältern von Belang.

Eine andere günstige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Erhitzungssystems weist das Kennzeichen auf, daß die Wärmequelle durch einen oder mehrere Behälter gebildet ist, die mit einem Metall oder einem Gemisch aus Metallen gefüllt sind, wobei weiter jeder dieser Behälter mit einer Zufuhrleitung zum dosierten Zuführen eines Oxydationsmittels versehen ist, das unter Wärmeerzeugung mit dem Metall oder dem Gemisch aus Metallen reagiert und wobei die Wände dieser Behälter, die eine Trennwand mit dem geschlossenen Raum bilden, an ihrer diesem Raum zugewandten Seite mit einer Kapillarstruktur versehen sind.

Eine weitere günstige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Erhitzungssystems hat das Kennzeichen, daß die Behälter mit einer gleichfalls im geschlossenen Raum angeordneten Primärheizvorrichtung für die primäre Zufuhr von Wärme an die Behälter versehen sind.

Eine weitere günstige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Erhitzungssystem hat das Kennzeichen,

daß im geschlossenen Raum in an :>irh bekannter Weist eine Kapillarstruktur für Kondensairückfuhr \orhanden ist, die den Erhitzer mit der Wärmequelle verbindet.

Die Anwendung einer Kapiilarstruktur in einem Verdampfungskondensationssystem für die Rückfuhr von Kondensat ist an sich bekannt, z. P-. aus dem Artikel »Das Wärmerohr (Heat Pipe)« Chemie-Ing.-Techn. 39. Jahrgang, 1967. Heft 1.S.21 ois 26.

Im vorliegenden Fall verbindet die Kapiliarstruktur den Erhitzer mit der Wärmequelle.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Erhitzungssvsteme sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. I eine Darstellung eines Erhitzungssystems mit einer Anzahl mi*, einem wärmespeichernden Stoff gefüllter Behälter und

F i g. 2 eine schematische Darstellung eines Erhitzungssystems mit zwei Behältern, die mit einem Metallgemisch gefüllt sind, das mit einem Oxydationsmittel reagieren kann.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Heißgasmotor bezeichnet, der r«it einem Erhitzer 2 versehen ist, dem Wärme zugeführt werden muß. Um den Erhitzer 2 befindet sich ein Behälter 3, der über eine Leitung 4 mit einem Raum 5 verbunden ist. Der Behälter 3, die Leitung 4 und der Raum 5 bilden zusammen einen geschlossenen Raum, in dem sich Na befindet. Im Raum 5 ist eine Anzahl Behälter 14 angeordnet, die mit LiF oder einem anderen wärmespeichernden Stoff wie Aluminiumoxid gefüllt sind. Die Behälter 14 sind an ihrer Außenseite miteiner Kapillarstruktur 11 versehen, während die Kapillarstruktur 12 eine Verbindung mit dem Behälter 3 bildet. Weiter ist noch eine elektrische Heizspirale 15 vorhanden. Die Wirkungsweise ist folgende:

Mit Hilfe der elektrischen Heizspirale 15 wird Wärme zugeführt, wodurch Na zu verdampfen anfängt. Da die Behälter 14 noch kalt sind, kondensiert der gebildete Dampf an den Wänden der Behälter 14, wobei diesen Behältern Wärme zugeführt wird. Das Kondensat läuft nach unten und wird durch die Heizspirale 15 wieder verdampft Auf diese Weise wird sehr wirtschaftlich die durch die Heizspirale 15 zugeführte Wärme gleichmäßig den Behältern 14 zugei'ihrt. Ist das ganze LiF in den Behältern 14 geschmolzen, so ist also der Wärmespeicher geladen und die gespeicherte Wärme kann zum Betreiben des Motors 1 an Stellen, wo keine Rauchgase erzeugt werden dürfen, oder dort, wo keine Verbrennungsluft zur Verfügung steht, verwendet werden.

Beim Betreiben des Motors 1 kondensiert Na-Dampf auf den Erhitzerrohren 2. Das Kondensat strömt wieder durch die Kapillarstruktur 12 zum Raum 5 zurück, wo die Kapillarstruktur 11 zum Verteilen der Flüssigkeit über die Wände der Behälter 14, wo die Flüssigkeit wieder verdampft, sorgt. Die Wärmeentnahme bei diesen Behältern erfolgt sehr gleichmäßig, so daß die Temperatur wieder überall nahezu dieselbe sein wird. Auf diese Weise ist ein Erhitzungssystem mit Wärmespeicher erhalten, wobei das Aufladen der Behälter 14 sowie das Entnehmen von Wärme von diesen Behältern mit Hilfe von Verdampfung und Kondensation von Na stattfinden. Dabei beteiligt sich die ganze Wand jedes der Behälter 14 an der Wärmeübertragung, so daß sehr schnell eine große Wärmemenge zugeführt bzw. entnommen werden kann. Das System enthält weiter keine beweglichen Teile, wie Pumpen und Regelventile, so daß eine große Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer gewährleistet sind. Eine örtliche Überhitzung der Wandteile ist dabei dadurch praktisch ausgeschlossen, daß das kondensierende bzw. verdampfende Na Temperaturunterschiede ausgleicht.

Besonders vorteilhaft bei dieser Ausführungsform ist, daß das Aufladen mit Wärme sowie das Entnehmen von Wärme von den Behältern 14 mit Hilfe desselben wärmetransportierenden Mediums erfolgen.

In F i g. 2 ist eine Ausführungsform eines Erhitzungssystems auf sehr schematische Weise dargestellt, wobei im Raum 5 zwei Behälter 20 angeordnet sind, die mit einem Metall, beispielsweise Li, oder einem Gemisch aus Metallen gefüllt sind. Jedem dieser Behälter kann über eine Zuführungsleitung 21 ein Oxydatiomsmittel, beispielsweise SFe, zugeführt werden. Die Wirkungsweise dieses Systems ist folgende. Durch eine Heizspirale 15 wird zunächst Wärme zugeführt. Dies läßt Na verdampfen, wobei dieser Dampf an den Wänden der Behälter 20 unter Wärmeabgabe kondensiert. Nach Zufuhr von genügend Wärme wird das Metall in den Behältern 20 geschmolzen sein. Die Heizspirale 15 wird dann ausgeschaltet und das Oxydationsmittel wird über die Leitungen 21 den Behältern 20 zugeführt. Dieses Oxydationsmittel reagiert unter Wärmeerzeugung mit dem Metall. Durch diese Wärmeerzeugung wird an den Wänden der Behälter 20 Na verdampfen. Der Dampf strömt zum Raum 3, wo dieser auf dem Erhitzer kondensiert. Das Kondensat strömt wieder durch die Kapillarstrukturen 12 und 11 zu den Wänden der Behälter 20 zurück. Auf diese Weise ist wieder ein sehr gut funktionierendes Erhitzungssystem erhalten. Das Na wird wieder dafür sorgen, daß praktisch an jeder Stelle des Systems ein und dieselbe Temperatur herrscht.

Es dürfte einleuchten, daß das chemische Erhitzungssystem (Behälter 20, Oxydationsmittelzuführungsleitung 21 usw.) in der Zeichnung auf sehr vereinfachte Weise dargestellt ist, und zwar der Deutlichkeit halber, aber daß andere verwickeitere Systeme auf dieselbe Weise anwendbar sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Erhitzungssysiem zum Zuführen von Wärme zu einem Erhitzer einer Kraftmaschinenanlage, in der ein Medium einen thermodynamiscnen Kreislauf durchführt, wie eines Heißgasmotors, mit einem wärmetransportierenden Medium, das sich in einem geschlossenen Raum befindet, im Betrieb von einer Verdampfungswand unter Aufnahme von von einer Wärmequelle herrührender Wärme verdampft und an einer Kondensationswand unter Abgabe von Wärme an den Erhitzer kondensiert, wöbe: das Kondensat von der Kondensations- zur Verdampfungswand zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle (14., 20) innerhalb des geschlossenen Raums (3, 4, 5j angeordnet ist und die Verdampfungswand durch Wandteile der Wärmequelle gebildet ist.

2. Erhitzungssystem nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle (14,20) durch einen oder mehrere Behälter gebildet ist, die mit einem wärmeispeichernden Stoff gefüllt sind, wobei die Wände dieser Behälter, die den wärmespeichernden Stoff vom geschlossenen Raum (5) 2s trennen, an ihrer diesem Raum (5) zugewandten Seite mit einer Kapillarstruktur (11) versehen sind.

3. Erhitzungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle durch einen oder mehrere Behälter (20) gebildet ist, die mit einem Metall oder einem Gemisch aus Metallen gefüllt sind, wobei weiter jeder dieser Behälter (20) mit einer Zufuhrleitung (21) zum dosierten Zuführen eines Oxydationsmittels versehen ist, das unter Wärmeerzeugung mit dem Metall oder dem Gemisch aus Metallen reagiert und wobei die Wände dieser Behälter (20), die eine Trennwand mit dem geschlossenen Raum bilden, an ihrer diesem Raum zugewandten Seite mit einer Kapillarstruktur (11,

112) versehen sind.

4. Erhitzungssystem nach Anspruch 2 oder Ii, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter (14, 20') mit einer gleichfalls im geschlossenen Raum (3, 4, 5) angeordneten Primärheizvorrichtung (15) für die primäre Zufuhr von Wärme an die Behälter versehen sind.

5. Erhitzungssystem nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß im geschlossenen Raum (3, 4, 5) in an sich bekannter Weise eine Kapillarstruktur (12) für Kondensatrückfuhr vornanden ist, die den Erhitzer (2) mit der Wärmequelle (14,20) verbindet.