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Heissgasmotor
Bei der Entwicklung von Heissgasmotoren wurde im allgemeinen der Alt der Wärme- übertragung von der Energiequelle auf den zu beheizenden Motorteil (im folgenden "Erhitzer"genannt) wenig Beachtung geschenkt.
Bei den bekannten Heissluftmotoren war es üblich, die Verbrennungsgase eines Brenners oder eines Feuerherdes an den Erhitzerwänden entlang streichen zu lassen, wobei die vom Erhitzer aus diesen Gasen aufgenommene Wärmemenge verhältnismässig gering war. Untcr einem "Heissgas- motorist ein Motor mit einem warmen und einem kalten Raum zu verstehen, die miteinander in Verbindung stehen und bei denen sich das Arbeitsmittel wechselweise im warmen und kalten Raum des Motors befindet, wobei die Expansionsarbeit des warmen Mittels durch Übertragung auf einen Kolben oder ein ähnliches bewegbares Organ in mechanische Arbeit umgesetzt wird.
Es ist bekannt, dass der Wirkungsgrad eines Heissgasmotors um so höher ist, je höher die höchste Temperatur seines Arbeitsmittels gewählt wird. Übersteigt diese Temperatur etwa 400 C, dann müssen für die Erhitzerwände temperaturbeständige Werkstoffe, im allgemeinen legierte Stähle, verwendet werden.
Die Verwendung temperaturbeständiger Werkstoffe für die Erhitzerwand erhöht aber den zwischen den Verbrennungsgasen, die ihre Wärme an die Erhitzerwand abgeben müssen, und dem Arbeitsmittel, das der Erhitzerwand die Wärme entziehen muss, bestehenden Wärmewiderstand.
Diese Steigerung des Wärmewidcrstandes beeinträchtigt natürlich die Wärmeübertragung.
Die Erfindung bezweckt, bei Heissgasmotoren, bei denen die Temperatur im warmen Raum bei normalem Betrieb 4000 C übersteigt, Mittel zu schaffen, durch welche der Wärmewiderstand zwischen Wärmequelle und Arbeitsmittel des Motors beträchtlich herabgesetzt wird.
Nach der Erfindung ist dazu in einem solchen Motor, bei dem die Temperatur im warmen Raum bei normalem Btrieb 400 0 C übersteigt, zwischen Wärmequelle und Erhitzer ein Wärmeträger (vorzugsweise niedrgschmelzende Metalle, Metallegierungen oder Metallsalze oder Gemische derselben) vorgesehen, dem die zu befördernde Wärme von der Wärmequelle durch eine Wand zugeführt wird, wobei dieser Wärmeträger, dessen kritische Temperatur mindestens 4500 C beträgt, ganz oder teilweise von der Flüssirkeitsphase in die Dampfphase übergeht und die aufgenommene Wärme ebenfalls durch eine Wand des Erhitzers unter ganzem oder teilweisem Übergang des Wärmeträgers von der Dampfphase in die Flüssigkeitsphase an das im Motor zirkulierende Arbeitsmittel abgibt.
Durch Verwendung eines solchen Wärmeträgers wird in erster Linie der Vorteil erzielt, dass man seine physikalischen Eigenschaften im Zusammenhang mit der Beschaffenheit, dem Aufbau od. dgl. des Motors wählen kann. So kann zweckmässig ein solcher Wärmeträger gewählt werden, der die Wände des Erhitzers nicht angreift, ein Übelstand, der sich bei Rauchgasheizung, wenn die Wandtemperaturen des Erhitzers hoch liegen, mehr oder weniger bemerkbar macht. Wird beim Bau des Motors nicht nur die Temperatur des Arbeitsmitttls im warmen Raum, sondern auch sein Dampfdruck hoch angesetzt, so erweist es sich als vorteilhaft, diesen Wärmeträger am Erhitzer in eine Anzahl parallelgeschalteter Ströme, die durch Röhren mit geringem Querschnitt fliessen, aufzuteilen.
Bei Verwendung solcher dünner Kanäle können deren Wandstärken trotz des hohen Druckes klein gehalten werden, wodurch der Wärmewiederstand gering bleibt.
Die erfindungsgemässe Verwendung eines Wärmeträgers, der bei Wärmeaufnahme ganz oder teilweise von der Flüssigkeitsphase in die Dampfphase übergeht und bei Wärmeabgabe wieder ganz oder teilweise von der Dampfphase in die Flüssigkeitsphase übergeht, hat den Vorteil, dass man dabei die aufgenommene Verdampfungwärme und die gelieferte Kondensationswärme ausnützen kann und dadurch in einer bestimmten Menge des Wärmeträgers eine sehr grosse Wärme- menge aufspeichern kann. Infolgedessen kann in einem Motor nsch der Erfindung die gesamte Oberfläche, über welche die Wärme zwischen dem Wärmeträger und der Wand des Erhitzers ausgetauscht wird, klein gehalten werden. Dies führt zu einem Motor mit kleinen Abmessungen und somit mit geringem Gewicht.
Nach einer günstigen Ausführungsform des Motors nach der Erfindung empfiehlt es sich,
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stens das Dreifache des höchsten im Motor auftretenden Druckes beträgt. Hiedurch wird erzielt, dass die Wände des Erhitzers zwischen dem Wärmeträger und dem Arbeitsmittel dünn gemacht werden können, was, wie oben erwähnt, zu einem niedrigen Wärmewiderstand führt.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, in einem nach der Erfindung aufgebauten Motor als Wärmeträger Metalle oder Metallegierungen zu verwenden, wobei bezüglich ihrer Schmelztemperaturen z. B. Natrium, Kalium, Caesium, Quecksilber, Zinn und Blei in Betracht kommen.
Daneben können auch Salze, z. B. Metallsalze oder Gemische derselben, als Wärmeträger verwendet werden. An diese Salze wird die Anforderung gestellt, dass sie sich bei der Arbeittemperatur des Motors nicht zersetzen. Beispiele solcher Salze sind Metallhalogenide, wie z. B.
Zinkchlorid, Aluminiumbromid, Kadmiumjodid, Calciumiodid, Zinkbromid oder Gemische derselben. Ebenso kommen auch Nitrate, Nitrite oder Gemische derselben in Betracht.
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1. Heissgasmotor, bei dem die Temperatur im warmen Raum bei normalem Betrieb 400 0 C übersteigt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Wärmequelle und Erhitzer ein Wärmeträger (vorzugsweise niedrigschmelzende Metalle, Metalllegierungen oder Metallsalze oder Gemische derselben) vorgesehen ist, dem die zu befördernde Wärme von der Wärmequelle durch eine Wand zugeführt wird, wobei dieser Wärmeträger, dessen kritische Temperatur mindestens 450 C beträgt.
ganz oder teilweise von der Flüssigkeitsphase in die Dampfphase übergeht und die aufgenommene Wärme ebenfalls durch eine Wand des Erhitzers unter ganzem oder teilweisem Übergang des Wärmeträgers von der Dampfphase in die F1üssigkdtsphase an das im Motor zirkuiicrende Arbeitsmittel abgibt.
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Hot gas engine
In the development of hot-gas engines, little attention was generally paid to the heat transfer from the energy source to the engine part to be heated (hereinafter referred to as "heater").
In the known hot-air engines, it was customary to have the combustion gases of a burner or a fire hearth brush along the heater walls, the amount of heat absorbed from these gases by the heater being relatively small. A "hot gas engine" is to be understood as an engine with a warm and a cold room, which are connected to one another and in which the working medium is alternately in the warm and cold room of the engine, the expansion work of the warm medium being transferred to a piston or a similar movable organ is converted into mechanical work.
It is known that the efficiency of a hot gas engine is higher, the higher the highest temperature of its working medium is selected. If this temperature exceeds about 400 C, then temperature-resistant materials, generally alloyed steels, must be used for the heater walls.
The use of temperature-resistant materials for the heater wall increases the heat resistance between the combustion gases, which have to give off their heat to the heater wall, and the working medium, which has to remove the heat from the heater wall.
This increase in thermal resistance naturally affects heat transfer.
The aim of the invention is to create means for hot gas engines in which the temperature in the warm room exceeds 4000 C during normal operation by which the thermal resistance between the heat source and the working fluid of the engine is considerably reduced.
According to the invention, a heat transfer medium (preferably low-melting metals, metal alloys or metal salts or mixtures thereof) is provided between the heat source and heater in such a motor in which the temperature in the warm room at normal operation exceeds 400 0 C, to which the heat to be conveyed is provided is supplied from the heat source through a wall, this heat carrier, whose critical temperature is at least 4500 C, completely or partially passes from the liquid phase to the vapor phase and the absorbed heat also passes through a wall of the heater with all or part of the heat carrier being transferred from the Releases vapor phase into the liquid phase to the working medium circulating in the engine.
By using such a heat transfer medium, the advantage is primarily achieved that its physical properties can be selected in connection with the nature, structure or the like of the engine. A heat transfer medium that does not attack the walls of the heater can be expediently chosen, an inconvenience that is more or less noticeable in flue gas heating when the wall temperatures of the heater are high. If during the construction of the engine not only the temperature of the working medium in the warm room but also its vapor pressure is set high, it proves to be advantageous to divide this heat transfer medium on the heater into a number of parallel-connected currents that flow through tubes with a small cross-section.
When using such thin channels, their wall thicknesses can be kept small despite the high pressure, so that the heat resistance remains low.
The use according to the invention of a heat transfer medium which completely or partially changes from the liquid phase to the vapor phase when heat is absorbed and which completely or partially changes again from the vapor phase to the liquid phase when heat is released has the advantage that the heat of evaporation absorbed and the heat of condensation supplied can be used and can therefore store a very large amount of heat in a certain amount of the heat transfer medium. As a result, in a motor according to the invention, the total surface over which the heat is exchanged between the heat carrier and the wall of the heater can be kept small. This results in a motor that is small in size and thus light in weight.
According to a favorable embodiment of the engine according to the invention, it is recommended
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at least three times the highest pressure occurring in the engine. This means that the walls of the heater between the heat transfer medium and the working medium can be made thin, which, as mentioned above, leads to a low thermal resistance.
It has proven to be advantageous to use metals or metal alloys as heat transfer media in an engine constructed according to the invention, wherein, with regard to their melting temperatures, for. B. sodium, potassium, cesium, mercury, tin and lead come into consideration.
In addition, salts, e.g. B. metal salts or mixtures thereof can be used as heat transfer media. The requirement of these salts is that they do not decompose at the working temperature of the engine. Examples of such salts are metal halides, such as e.g. B.
Zinc chloride, aluminum bromide, cadmium iodide, calcium iodide, zinc bromide or mixtures thereof. Nitrates, nitrites or mixtures thereof are also suitable.
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1. Hot gas engine, in which the temperature in the warm room exceeds 400 0 C during normal operation, characterized in that a heat carrier (preferably low-melting metals, metal alloys or metal salts or mixtures thereof) is provided between the heat source and heater, from which the heat to be conveyed is provided by the heat source is fed through a wall, this heat transfer medium, the critical temperature of which is at least 450 C.
completely or partially passes from the liquid phase to the vapor phase and also releases the absorbed heat through a wall of the heater with full or partial transfer of the heat transfer medium from the vapor phase to the liquid phase to the working fluid circulating in the engine.