<Desc/Clms Page number 1>
Inrichting met ten minste een thermische motor.
EMI1.1
----------------------------------------------- De uitvinding heeft betrekking op een inrichting met ten minste een thermische motor, welke inrichting een kringloop bevat- voor fluïdum op hoge temperatuur, in welke kringloop de thermische motor gemonteerd is en ten minste een warmtebron gemonteerd in de kringloop stroomopwaarts van de thermische motor.
Bij bekende inrichtingen van deze soort is de warmtebron bijvoorbeeld een zonneverwarmingsinstallatie en is het fluidum stoom die oververhit wordt. Al deze bekende inrichtingen bevatten in de kringloop slechts een thermische motor.
Door thermische motor wordt hier een soort warmtewisselaar bedoeld waarin door uitzetting van een gasvormig medium een mechanisch onderdeel zoals een zuiger verplaatst wordt. Dit gasvormig medium wordt opgewarmd door het fluïdum op hoge temperatuur. Een dergelijke motor is de zogenoemde Sterling Motor
<Desc/Clms Page number 2>
ontwikkeld door Philips en in het bijzonder wordt hier een dergelijke motor bedoeld.
Het rendement van thermische motoren hangt af van de temperatuur waarop het medium verwarmd wordt en dus van de temperatuur van het fluidum op hoge temperatuur. Normaal werken deze motoren en ondermeer de Sterling Motor op zeer hoge temperaturen terwijl de temperatuursdaling in de motor zelf vrij beperkt is. Voor de Sterling Motor wordt het maximum rendement verkregen bij 800 graden Celsius en daalt de temperatuur in de motor met ongeveer 50 graden Celsius. De laagste temperatuur waarbij de Sterling Motor nog werkt bedraagt 350 tot 400 graden Celsius met een rendement van 27 tot 30%.
De hoge temperaturen waarbij deze thermische motoren werken met hoog rendement vereist het gebruik van leidingen voor het toegevoerde fluidum van speciale metalen zoals nikkel. Aangezien de temperatuursdaling in één motor zeer beperkt is is ook aan de uitgang van de motor de temperatuur van het fluidum nog zeer hoog zodat de leidingen voor het afgevoerde fluïdum en dus praktisch de volledige kringloop van speciale metalen die bestand zijn tegen deze hoge temperaturen moeten vervaardigd zijn.
<Desc/Clms Page number 3>
De uitvinding heeft tot doel dit nadeel te verhelpen en een inrichting met ten minste een thermische motor te verschaffen met relatief hoog rendement van de thermische motor maar waarbij een relatief belangrijk gedeelte van de kringloop zich op merkelijk lagere temperatuur bevindt dan de temperatuur aan de ingang van de termische motor en dus van goedkoper materiaal dat minder hoge temperaturen kan verdragen, kan vervaardigd zijn.
Tot dit doel bevat de inrichting meerdere thermische motoren die in serie in de kringloop gemonteerd zijn waarbij dus de uitgang van een thermische motor aansluit op de ingang van een volgende.
Door voldoende thermische motoren in serie te monteren kan men de temperatuur aan de uitgang van de reeks zo doen dalen dat minder edele metalen voor de kringloop kunnen gebruikt worden zoals bijvoorbeeld roestvast staal 306. Uiteraard moet de temperatuur nog voldoende hoog blijven om in de laatste thermische motor nog een redelijk rendement van bijvoorbeeld 27-30% te verkrijgen.
In een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding bevat de inrichting meerdere in parallel in de kringloop
<Desc/Clms Page number 4>
gemonteerde reeksen van meerdere in serie gemonteerde thermische motoren.
In deze uitvoeringsvorm kan de warmtebron een zeer grote kapaciteit hebben en een debiet aan fluidum op hoge temperatuur leveren dat hoger is dan het debiet dat door een enkele thermische motor kan stromen.
In een doelmatige uitvoeringsvorm van de uitvinding zijn de thermische motoren Sterling Motoren.
In een merkwaardige uitvoeringsvorm van de uitvinding bevat de inrichting een pomp gemonteerd in de kringloop voor het rondpompen van fluidum over de warmtebron en de thermische motor.
Doelmatig is het fluidum een vloeistof en bevat de pomp twee reservoirs en een bron van pers fluidum dat niet met de vloeistof reageert of mengt en middelen om met behulp van dit persfluldum vloeistof uit het ene reservoir te persen, welke vloeistof na het doorlopen van de thermische motoren in het andere reservoir opgevangen wordt.
Andere bijzonderheden en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hiervolgende beschrijving van een
<Desc/Clms Page number 5>
inrichting met ten minste een thermische motor volgens de uitvinding. Deze beschrijving wordt enkel als voorbeeld gegeven en beperkt de uitvinding niet. De verwijzingscijfers betreffen de hieraantoegevoegde tekening die een schema weergeeft van een inrichting volgens de uitvinding.
De inrichting volgens de figuur bevat een kringloop voor vloeibaar natrium, welke kringloop bestaat uit een hoofdkringloop 1 en een overbrugging 2 van een gedeelte daarvan. De overbrugging 2 sluit met een einde door middel van een driewegkraan 3 op de hoofdkringloop 1 aan. Het andere einde sluit rechtstreeks op de hoofdkringloop 1 aan.
In de hoofdkringloop 1 zijn na elkaar twee warmtebronnen, namelijk een zonneverwarmingsinstallatie 4 en een oven 5 gemonteerd. De driewegkraan 3 is tussen deze bronnen 4 en 5 gelegen. De zonneverwarmingsinstallatie 4 is van een op zichzelf bekend type en bevat bijvoorbeeld een aantal langwerpige gebogen spiegels, door de brandpuntlijn waarvan de hoofdkringloop 1 zich uitstrekt. In de oven 5 beschrijft de hoofdkringloop 1 een serpentin. Deze oven 5 is van een gas-of gasoliebrander voorzien.
<Desc/Clms Page number 6>
De uitgang van de oven 5 sluit aan op een serie-parallelschakeling van Sterling Motoren 6. De uitgang van elke Sterling Motor 6 van een reeks in serie geschakelde Sterling Motoren 6 sluit aan op de ingang van de volgende. De verschillende reeksen zijn in parallel met elkaar in de hoofdkringloop 1 geschakeld.
De Sterling Motoren zijn van een op zichzelf bekende konstruktie en worden hier dan ook niet in detail beschreven. In plaats van een gas rond de buisjes van de motor wordt in dit geval evenwel vloeibare natrium gestuurd. Dit vloeibare natrium doet het gasvormig medium in deze buisjes uitzetten waardoor zuigers bewogen worden.
Tussen de groep van Sterling Motoren 6 en de rechtstreekse aansluiting van de overbrugging 2 op de hoofdkringloop 1 is in deze hoofdkringloop 1 een pomp 7 gemonteerd. Deze pomp 7 bevat twee reservoirs 8 en 9 die vertikaal opgesteld zijn. De hoofdkringloop 1 mondt via een driewegklep 10 op de bovenkant van beide reservoirs uit. De onderkant van deze twee reservoirs 8 en 9, sluit eveneens over een driewegklep 11 op de hoofdkringloop 1, aan de van de groep Sterling Motoren 6 afgekeerde zijde van de reservoirs 8 en 9, aan. Een reservoir 12 met inert gas zoals stikstof, onder druk sluit over een driewegkraan 13 en leidingen 14 op de bovenkant van de
<Desc/Clms Page number 7>
reservoirs 8 en 9 aan. In elk reservoir 8 en 9 is een niveaumeter 15 gemonteerd en in de onderkant van elk reservoir bevindt zieh een temperatuurmeter 16.
Naargelang de stand van de driewegkraan 13 wordt inert gas uit het reservoir 12 over een leiding 14 aan het reservoir 8 of 9 toegevoerd. Daardoor wordt uit het reservoir 8 of 9 vloeibaar natrium weggeperst dat, bij de juiste stand van de driewegkraan 11 in de hoofdkringloop 1 stroomt in de richting aangeduidt door de pijl 17. Het vloeibare natrium dat de kringloop 1 doorlopen heeft en dus uit de Sterling Motoren 6 vloeit wordt opgevangen in het andere reservoir 9 of 8. De driewegkranen 10 en 11 worden zo geplaatst dat wanneer natrium uit het reservoir 8 weggepest wordt, natrium vrij terug kan vloeien naar het andere reservoir 9 en omgekeerd.
Wanneer het eerste reservoir bijna leeg is en het andere dus bijna vol verandert men de driewegkranen 10,11 en 13 van stand zo dat. inert gas onder druk in het laatstgenoemde reservoir stroomt, natrium uit het laatstgenoemde reservoir weggeperst'wordt en natrium vrij terugstroomt in het eerstgenoemde reservoir.
Het weggepompte natrium stroomt vervolgens, naargelang de stand van de driewegkraan 3 ofwel over de zonneverwarmingsinstallatie 4 en de oven 5, ofwel over
<Desc/Clms Page number 8>
de overbrugging 2 en enkel de oven 5. In het eerste geval wordt het natrium in twee stappen opgewarmd, dit is achtereenvolgens in de zonneverwarmingsinstallatie 4 en in de oven 5. De zonneverwarmingsinstallatie 4 wordt afgesloten door de gepaste stand van de driewegkraan 3 wanneer ze geen warmte kan leveren, bijvoorbeeld's nachts. De verwarming geschiedt dan uitsluitend in de oven 5 die uiteraard voldoende kapaciteit moet bezitten en dan op maximum kapaciteit werkt. De temperatuur van het natrium na de oven 5 bedraagt 750 tot 850 bijvoorbeeld ongeveer 800 graden Celsius.
Het gedeelte van de hoofdkringloop l tussen de oven 5 en de groep Sterling Motoren 6 moet dan ook van edel metaal zoals nikkel vervaardigd zijn dat bestand is tegen deze temperatuur van 800 graden Celsius.
Het natrium drijft vervolgens de Sterling Motoren 6. Bij elke motor daalt de temperatuur van het natrium met ongeveer 50 graden Celsius. Het aantal achtereenvolgens doorlopen in serie geschakelde Sterling Motoren van een reeks bedraagt acht of negen, hetgeen betekent dat de temperatuur van het vloeibare. natrium dat de groep Sterling Motoren 6 verlaat ongeveer 350 tot 450 graden Celsius bedraagt. Het gedeelte van de hoofdkringloop 1 tussen de groep motoren 6 en de zonneverwarmingsinstallatie 4 gezien in de stromingszin
<Desc/Clms Page number 9>
van het natrium en de overbrugging 2, dit is het grootste gedeelte van de leidingen, kunnen van metaal vervaardigd zijn dat enkel moet bestand zijn tegen 350 tot 450 graden Celsius, zoals bijvoorbeeld roestvast staal 306.
Aan de uitgang van de zonneverwarmingsinstallatie 4, indien deze op volle kracht in werking is, bedraagt de temperatuur ongeveer 600 graden Celsius.
De hiervoor beschreven inrichting is, mede door de twee warmtebronnen 4 en 5 zeer soepel in het gebruik. De konstruktie is relatief goedkoop doordat de leidingen niet overal van hoogwaardig metaal moeten vervaardigd zijn. Het rendement van de volledige inrichting ligt vrij hoog.
In een variante van de hiervoor beschreven inrichting is de oven 5 overbrugd door een leiding terwijl de driewegkraan 3 vervangen is door een vierwegkraan waarop deze leiding aansluit. In deze uitvoeringsvorm is het mogelijk de oven 5 uit te schakelen en het natrium dus uitsluitend te verwarmen door middel van de zonneverwarmingsinstallatie 4 hetgeen dus nog meer gebruiksmogelijkheden biedt dan de hiervoor beschreven uitvoeringsvorm.
<Desc/Clms Page number 10>
De uitvinding is geenszins beperkt tot de hiervoor beschreven en de in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch dergelijke inrichting kan in verschillende vormen en afmetingen worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.