DE1601463C3

DE1601463C3 - Device for converting thermal energy into mechanical energy

Info

Publication number: DE1601463C3
Application number: DE19671601463
Authority: DE
Inventors: Roelf Jan; Witteveen Roland Anton Johan Otto van; Eindhoven Meijer (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1966-05-11
Filing date: 1967-05-09
Publication date: 1976-11-04

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Um wandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie, insbesondere Heißgasmotor, die einen oder mehrere Räume niedrigerer mittlerer Temperatur in denen eu'.The invention relates to a device for order Conversion of thermal energy into mechanical energy, especially hot gas engine, the one or more Rooms of lower medium temperature in which eu '.

Arbeitsmittel komprimiert werden kann, und einen oder mehrere mit diesen Räumen in Verbindung stehende Räume höherer mittlerer Temperatur enthält, in denen das Arbeitsmittel expandiert werden kann, wobei sich in der Verbindung zwischen jedem Paar dieser Räume ein Wärmeaustauscher, vorzugsweise ein Regenerator, befindet, wobei die Vorrichtung weiter ein Erhitzersystem zum Zuführen von Wärme an das Arbeitsmittel aufweist, das mindestens einen ersten dieWork equipment can be compressed, and one or more associated with these spaces Contains rooms of higher mean temperature in which the working fluid can be expanded, with In the connection between each pair of these rooms there is a heat exchanger, preferably a regenerator, is located, wherein the device further includes a heater system for supplying heat to the working medium having at least a first the

to Form eines Umlaufkanals aufweisenden Behälter mit einem bei der Betriebstemperatur des Arbeitsmittels flüssigen Metall oder flüssigen Metallgemisch enthält, wobei über einen Teil dieses Umlaufkanals das Metall bzw. das Metallgemisch Wärme an das Arbeitsmittel der Vorrichtung abgibt.to form a circulation channel having container with one at the operating temperature of the working medium Contains liquid metal or liquid metal mixture, with the metal over part of this circulation channel or the metal mixture gives off heat to the working fluid of the device.

Bei bekannten Vorrichtungen der vorgenannten Art besteht das Erhitzersystem zum Zuführen von Wärme an das Arbeitsmittel aus einer Brennervorrichtung, der einerseits Brennstoff und andererseits Verbrennungsluft zugeführt wird. Dieses System hat den Nachteil, daß die Vorrichtung nur wirken kann, wenn eine genügende Menge Verbrennungsluft vorhanden ist. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht unter Umständen darin, daß Verbrennungsgase abgeführt werden müssen. Dies kann, insbesondere bei Anwendung der betreffenden Vorrichtung in Bergwerken, besonders ungünstig sein. Bei Verwendung der betreffenden Vorrichtungen in Anlagen für Tiefseeforschung bringt die Abführung der Verbrennungsgase infolge des hohen Drucks des umgebenden Wassers sehr große Schwierigkeiten, einen hohen Leistungsverbrauch und somit hohe Kosten mit sich.In known devices of the aforementioned type, there is a heater system for supplying heat to the working fluid from a burner device, which is fuel on the one hand and combustion air on the other is fed. This system has the disadvantage that the device can only work if sufficient Amount of combustion air is available. There is another disadvantage of this known device possibly in the fact that combustion gases have to be removed. This can, especially when applied the device in question in mines, be particularly unfavorable. When using the relevant Devices in facilities for deep sea research brings the discharge of the combustion gases as a result the high pressure of the surrounding water, very great difficulties, high power consumption and thus high costs.

Um zu ermöglichen, daß Vorrichtungen der Art, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, doch für die obenerwähnten Zwecke benutzt werden können, könnten für die Zuführung von Wärme an das Arbeitsmittel Wärmeakkumulatoren Anwendung finden. Diese Akkumulatoren werden durch Behälter gebildet, die mit einer Materialmasse mit großer Wärmekapazität gefüllt sind, in die eine Wärmemenge gespeichert werden kann, die im gewünschten Augenblick dieser Masse entnommen und dem Arbeitsmittel zugeführt werden kann. Ein Nachteil derartiger Wärmeakkumulatoren ist der, daß der Wärmeinhalt pro Volumeinheit verhältnismäßig niedrig ist, was zu sehr umfangreichen Bauarten führt, die unter Umständen nicht mehr brauchbar sind.In order to enable devices of the type to which the present invention relates to be used for the Above mentioned purposes could be used for the supply of heat to the working medium Find heat accumulators application. These accumulators are formed by containers with are filled with a mass of material with a large heat capacity, in which a quantity of heat is stored can, which are taken from this mass at the desired moment and fed to the working medium can. A disadvantage of such heat accumulators is that the heat content per unit volume is proportionate is low, which leads to very extensive designs that may no longer be usable.

Aus der deutschen Patentschrift 8 21 728 ist auch ein Heißgasmotor mit geschlossenem Kreislauf bekannt, bei dem der Erhitzer ein Metallbad zur Übertragung der Wärme von einem Ofen an das Rohr ist. durch das Arbeitsmittel strömt. Das Metall dient dabei nur als Wärmeübertragungsmittel für das Arbeitsmittel und wirkt nicht unmittelbar auf den Erhitzerraum ein.From the German patent 8 21 728 is also a Closed circuit hot gas engine known in which the heater has a metal bath for transmission the heat from an oven to the pipe is. flows through the working fluid. The metal only serves as a Heat transfer medium for the working medium and does not act directly on the heater room.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obenerwähnten Nachteile zu beseitigen und ein Erhitzersystem zu schaffen, das dem Arbeitsmittel Wärme mit besserem Nutzeffekt zuführen kann, ohne daß es von den Umgebungsbedingungen abhängig ist und ohne daß Verbrennungsprodukte nach außen abgeführtThe invention is based on the object of eliminating the above-mentioned disadvantages and a heater system to create that the working fluid can supply heat with better efficiency, without it depends on the ambient conditions and without any combustion products being discharged to the outside

6c, zu werden brauchen.6c, to become need.

Um dies zu erzielen, ist die Vorrichtung nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein zweiter Behälter vorgesehen ist mit einem Reaktionsmedium, das unter Wärmeentwicklung mit der Flüssigem keit im ersten Behälter chemisch derart reagieren kann, daß die Reaktionsprodukte bei der Temperatur und dem Druck im ersten Behälter fest und/oder flüssig sind, wobei der zweite Behälter über eine Zuführungs-To achieve this, the device according to the invention is characterized in that at least one The second container is provided with a reaction medium which, with the development of heat, with the liquid can react chemically in the first container in such a way that that the reaction products are solid and / or liquid at the temperature and pressure in the first container are, the second container via a feed

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leitung mit dem ersten Behälter in Verbindung steht, während das System weiter eine Regelvorrichtung enthält, mit der Reaktionsmedium in dosierten Mengen aus dem zweiten Behälter dem ersten Behälter zugeführt wird, wobei sich im Umlaufkana! eine Zirkulationspumpe zum Herumpumpen des flüssigen Metalls befindet und die Leitung zum Zuführen des Reaktionsmediums aus dem zweiten Behälter in den Umlaufkanal an einer Stelle mündet, die von dem Teil des Umlaufkanals, wo der erwähnte Wärmeaustausch stattfindet, entfernt ist.line is connected to the first container, while the system further contains a control device with the reaction medium in metered amounts is fed from the second container to the first container, with the circulation channel! a circulation pump for pumping the liquid metal around and the line for supplying the reaction medium from the second container into the circulation channel opens at a point which is removed from the part of the circulation channel where the mentioned heat exchange takes place is.

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung befinden sich somit die beiden miteinander reagierenden Mittel in zwei gesonderten Behältern, so daß unabhängig von den Betriebsbedingungen der Vorrichtung beim Zusammenbringen dieser Reaktionsmittel stets Wärme entwickelt werden kann. Weiter sind die Metalle und das mit diesen Metallen chemisch reagierende Reaktionsmedium derart gewählt, daß die Reaktionsprodukte fest und/oder flüssig sind, so daß keine gasförmigen Reaktionsprodukte aus dem System abgeführt zu werden brauchen. Es hat sich herausgestellt, daß ein Erhitzersystem nach der Erfindung pro Volumeneinheit eine viele Male größere Wärmemenge liefern kann als pro Volumeneinheit in bekannte Wärmeakkumulatorer. gespeichert werden kann. Dadurch, daß das flüssige Metall im ersten Behälter stetig in einem Umlaufkanal umläuft, wird ein sehr guter Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsmittel und dem flüssigen Metall erzielt. Des weiteren wird eine gute Mischung des Metalls und der Reaktionsprodukte mit dem vom zweiten Behälter stammenden Reaktionsmedium bekommen. Ein weiterer Vorteil ist, daß in dem Umlaufkanal der Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsmittel und dem flüssigen Metall an einer anderen Stelle als die Reaktion des vom zweiten Behälter stammenden Reaktionsmedium und des Metalls stattfinden kann. Bei einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung endet die Leitung zum Zuführen von Reaktionsmedium aus dem zweiten Behälter an den Umlaufkanal an einer Stelle, die von dem Teil des Kanals, wo der^erwähnte Wärmeaustausch stattfindet, entfernt ist. Auf diese Weise wird an der Stelle, wo der Wärmeaustausch stattfindet, keine zu starke Erhitzung auftreten.In the device according to the invention, there are thus the two mutually reacting means in two separate containers, so that regardless of the operating conditions of the device when brought together this reactant can always generate heat. Next are the metals and the reaction medium which reacts chemically with these metals is selected in such a way that the reaction products are solid and / or liquid, so that no gaseous reaction products are discharged from the system to need. It has been found that a heating system according to the invention per unit volume can deliver a much larger amount of heat than per unit volume in known heat accumulators. can be saved. Because the liquid metal in the first container is constantly in a circulation channel circulates, a very good heat exchange between the working fluid and the liquid metal is achieved. Of furthermore a good mixture of the metal and the reaction products with that from the second container is made get derived reaction medium. Another advantage is that the heat exchange takes place in the circulation channel between the working fluid and the liquid metal at a different point than the reaction of the from the second container derived reaction medium and the metal can take place. With another Embodiment of the device according to the invention ends the line for supplying reaction medium from the second container to the circulation channel at a point which is from the part of the channel where the ^ mentioned Heat exchange takes place, is removed. In this way it will be in the place where the heat exchange takes place, no excessive heating occurs.

Im ersten Behälter sind eines oder mehrere der Metalle Li, Na, K., Mg, Al und/oder eines oder mehrere der seltenen Erdmetalle vorhanden. Diese Metalle und insbesondere Kombinationen dieser Metalle haben den Vorteil, daß sie bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen bereits flüssig sind und bei Reaktion pro Volumeneinheit eine große Wärmemenge entwickeln.In the first container are one or more of the metals Li, Na, K., Mg, Al and / or one or more of the rare earth metals present. These metals and in particular combinations of these metals have the The advantage is that they are already liquid at relatively low temperatures and when reacting per unit volume develop a large amount of heat.

Das im zweiten Behälter vorhandene Reaktionsmedium ist Sauerstoff oder ein Halogen oder eine halogenhaltige Verbindung, insbesondere eine Kohlenstoff-Halogenverbindung. Halogene oder halogenhaltige Verbindungen ergeben, wenn sie mit dem Metall im ersten Behälter reagieren, eine sehr gute Wärmeentwicklung pro Volumeneinheit.The reaction medium present in the second container is oxygen or a halogen or a halogen-containing one Compound, especially a carbon-halogen compound. Halogens or containing halogens Compounds produce very good heat generation when they react with the metal in the first container per volume unit.

Bei einer Weiterbildung ist im Umlaufkanal über dem darin vorhandenen flüssigen Metall oder flüssigen Metallgemisch ein mit einem mit den betreffenden Metallen nicht reagierendes Gas, wie Helium, gefüllter Raum vorgesehen. Dadurch können etwaige geringe Volumenänderungen neutralisiert und kann die Flüssigkeit unter einem bestimmten Druck gehalten werden, so daß die im Kanal angebrachte Pumpvorrichtung zweckmäßig arbeiten kann. Der mit inertem Gas gefüllte Raum kann mit einer Vorrichtung in Verbindung stehen, mit der ein bestimmter Druck im Umlaufkanal eingestellt werden kann.In a further development, the circulation channel is above the liquid metal or liquid present therein Metal mixture is filled with a gas that does not react with the metals in question, such as helium Space provided. This can neutralize any small changes in volume and allow the liquid be kept under a certain pressure, so that the pumping device mounted in the channel can work appropriately. The space filled with inert gas can be connected to a device stand, with which a certain pressure can be set in the circulation channel.

Bei einer Weiterbildung dieser Vorrichtung ist ein weiterer Umlaufkanal vorgesehen, in dem ein Metall 5 oder Matallgemisch wie NaK, herumströmt, wobei die Erhitzerrohre des Motors von diesem flüssigen Metall oder Metallgemisch umflossen werden und dieses Metall oder Metallgemisch an einer anderen Stelle mit der Flüssigkeit im ersten Behälter Wärme austauscht. BeiIn a further development of this device, a further circulation channel is provided in which a metal 5 or a mixture of metals such as NaK, flows around, whereby the This liquid metal or metal mixture flows around the heater tubes of the engine and this metal or metal mixture at another point exchanges heat with the liquid in the first container. at

ίο dieser Vorrichtung wird somit eine größere Freiheit in der Anordnungsweise und Bauart des Erhitzersystems und der betreffenden Vorrichtung in bezug aufeinander erhalten, wobei die Wärme des Erhitzersystems durch das im weiteren Umlaufkanal vorhandene Metall zu der Vorrichtung befördert wird.ίο this device is thus a greater freedom in the arrangement and design of the heating system and the device concerned in relation to one another obtained, the heat of the heater system through the metal present in the further circulation channel the device is conveyed.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen für einige schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie näher erläutert. The invention is explained below with reference to the drawings for some schematically illustrated exemplary embodiments of devices for converting thermal energy into mechanical energy explained in more detail.

F i g. 1 zeigt schematisch und nicht maßstäblich im Schnitt ein Erhitzersystem einer Vorrichtung zur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie, bei der das Erhitzersystem durch ein flüssiges Metall oder ein flüssiges Metallgemisch enthaltenden Umlaufkanal und einen mit diesem Kanal verbundenen und ein mit dem Stoff im ersten Behälter chemisch reagierendes Medium enthaltenden zweiten Behälter gebildet wird;F i g. 1 shows schematically and not to scale in section a heater system of a device for conversion from thermal energy into mechanical energy, in which the heating system through a liquid metal or a circulation channel containing a liquid metal mixture and a channel connected to this channel and a formed with the substance in the first container chemically reactive medium containing the second container will;

F i g. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung nach F i g. 1, gleichfalls schematisch und nicht maßstäblich.F i g. 2 shows a further embodiment of the device according to FIG. 1, also schematic and not true to scale.

In F i g. 1 ist ein Heißgasmotor schematisch mit 34 bezeichnet. Diesem Heißgasmotor wird mittels eines Erhitzungssystems Wärme zugeführt. Dieses Erhitzungssystem umfaßt einen Umlaufkanal 31, worin ein Metall oder Metallgemisch vorhanden ist mit einem Schmelzpunkt, der der erwünschten Betriebstemperatur entspricht. In dem Umlaufkanal ist eine Pumpvorrichtung 32 angeordnet. Die Pumpe 32 wird von einem Elektromotor 33 getrieben. Die Pumpe 32 kann gegebenenfalls auch mittels eines Getriebes von der Ausgangswelle des Heißgasmotors angetrieben werden. Die Vorrichtung enthält weiter einen zweiten Behälter 17 mit einem Reaktionsmedium, das unter Wärmeentwicklung mit den Metallen im Umlaufkanal 31 reagiert. Der zweite Behälter 17 steht über eine Leitung 18 mit dem Umlaufkanal 31 in Verbindung.In Fig. 1, a hot gas engine is designated schematically by 34. This hot gas engine is by means of a Heating system supplied heat. This heating system comprises a circulation channel 31 in which a Metal or metal mixture is present with a melting point that is the desired operating temperature is equivalent to. A pumping device 32 is arranged in the circulation channel. The pump 32 is from a Electric motor 33 driven. If necessary, the pump 32 can also be removed from the output shaft by means of a transmission of the hot gas engine are driven. The device further includes a second container 17 with a reaction medium which reacts with the metals in the circulation channel 31 while generating heat. The second container 17 is connected to the circulation channel 31 via a line 18.

Das Metall im Umlaufkanal 31 kann z. B. Li, Na, K, Mg, Al oder eines der seltenen Erdmetalle oder Kombinationen derselben sein. Die Wahl der Metalle wird im < wesentlichen durch ihre Schmelztemperatur und ihre Wärmeentwicklung bestimmt.The metal in the circulation channel 31 can, for. B. Li, Na, K, Mg, Al or one of the rare earth metals or combinations be the same. The choice of metals is essentially determined by their melting temperature and their Heat development determined.

Das Reaktionsmedium im zweiten Behälter 17 kann Sauerstoff, ein Halogen oder eine halogenhaltige Verbindung sein. Insbesondere Kohlenstoff-Fluor-Verbindungen (Freone) sind sehr geeignet.The reaction medium in the second container 17 can be oxygen, a halogen or a halogen-containing compound being. Carbon-fluorine compounds (freons) in particular are very suitable.

Das Erhitzersystem ist noch mit einem dritten Behälter 23 versehen, in dem sich ein inertes Medium wie Helium oder Argon befindet, das weder mit dem Medium im zweiten Behälter 17 noch mit dem Metall oder Metallgemisch bzw. mit den bereits gebildeten Reaktionsprodukten im Umlaufkanal 31 reagiert. Der dritte Behälter 23 ist über eine Leitung 24 mit der Leitung 18The heating system is also provided with a third container 23 in which an inert medium such as Helium or argon is located, which neither with the medium in the second container 17 nor with the metal or Metal mixture or reacts with the reaction products already formed in the circulation channel 31. The third Container 23 is connected to line 18 via a line 24

^(l5 verbunden. Die Verbindungsstelle liegt dabei zwischen dem Verschlußglied 20 und der Stelle (36), an der die Leitung 18 in den Umlaufkanal 31 mündet. Im dritten Behälter 23 wird ein den Druck im Kanal 31 über- ^(l 5 connected. The connection point lies between the closure member 20 and the point (36) at which the line 18 opens into the circulation channel 31. In the third container 23, the pressure in the channel 31 is exceeded.

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schreitender Druck aufrechterhalten. Der Ümlaufkanal 31 ist mit einer Abführungsleitung 26 versehen, die über eine Zirkulationspumpe 27 an den dritten Behälter 23 angeschlossen ist. In die Abführungsleitung 26 ist ein Kühler 28 aufgenommen.Maintain pacing pressure. The overflow channel 31 is provided with a discharge line 26, which over a circulation pump 27 is connected to the third container 23. In the discharge line 26 is a Cooler 28 added.

Die Wirkungsweise dieses Erhitzersystems ist folgende. In den Behältern 17 und 23 wird ein Druck aufrechterhalten, der den gegebenenfalls atmosphärischen Druck im Umlaufkanal 31 überschreitet. Das Metall in diesem Umlaufkanal ist zuvor durch Wärmezufuhr über die elektrische Heizvorrichtung 35 auf eine Temperatur gebracht, bei der es flüssig ist.The mode of operation of this heater system is as follows. Pressure is maintained in containers 17 and 23, which may exceed the atmospheric pressure in the circulation channel 31. The metal in This circulation channel is previously heated to a temperature by supplying heat via the electrical heating device 35 brought where it is liquid.

Die Medien aus den beiden Behältern 17 und 23 fließen nun in den Umlaufkanal 31. Das Reaktionsmedium aus dem zweiten Behälter 17 reagiert mit dem flüssigen Metall, während das inerte Medium aus dem dritten Behälter 23, das nicht mit dem flüssigen Metall reagiert, zu der Abfuhr fließt. Im Kühler 28 wird dieses inerte Medium gekühlt und dann von der Zirkulationspumpe 27 zum dritten Behälter 23 zurückgeleitet. Dieses,Systern hat den Vorteil, daß beim Schließen des Verschlußglieds 20 das Metall nicht in die Leitung 18 eindringen kann. Es würde darin erstarren, weil die Temperatur der Leitung niedriger ist, und die Vorrichtung würde nicht mehr starten können.The media from the two containers 17 and 23 now flow into the circulation channel 31. The reaction medium from the second container 17 reacts with the liquid metal, while the inert medium from the third Container 23, which does not react with the liquid metal, to which drain flows. In the cooler 28 this is inert Medium cooled and then returned by the circulation pump 27 to the third container 23. This, systern has the advantage that the metal does not penetrate into the line 18 when the closure member 20 is closed can. It would freeze in it because the temperature of the conduit is lower, and so is the device would no longer be able to start.

Wenn das Helium Metallteilchen oder Metalldampf zu der Abführungsleitung 26 mitführt, können sich Schwierigkeiten ergeben, weil diese Metallteilchen bzw. dieser Metalldampf beim Erreichen von Bauteilen mit niedrigerer Temperatur, z. B. der Zirkulationspumpe 27 und des Elektromotors 23 in fester Form auf diese Teile niederschlagen. Um dies zu verhüten, kann in der Zufuhrleitung eine Abtrennvorrichtung für diese Teilchen angebracht werden. Letztere Vorrichtung ist nicht dargestellt, aber sie kann aus einem Filter bestehen oder dadurch gebildet werden, daß in der Abfuhr ein z. B. auf eine von der Strömung berührte Oberfläche aufgebrachtes Material vorgesehen wird, das für diese Metallteilchen eine Getterwirkung hat. Metallteilchen bzw. Metalldampf können auch auf zusätzlich gekühlten Oberflächen aufgefangen werden, die zu diesem Zweck angebracht sind.If the helium entrains metal particles or metal vapor to the discharge line 26, it can build up Difficulties arise because these metal particles or this metal vapor when reaching components at a lower temperature, e.g. B. the circulation pump 27 and the electric motor 23 in solid form on this Knock down parts. To prevent this, a separating device for this can be installed in the supply line Particles are attached. The latter device is not shown, but it can consist of a filter or be formed in that a z. B. on a surface in contact with the flow applied material is provided which has a getter effect for these metal particles. Metal particles or metal vapor can also be captured on additionally cooled surfaces that lead to this Purpose are appropriate.

Auch kann man in die Abfuhr eine Zufuhr von Reaktionsmedium aus dem zweiten Behälter 17 münden lassen. Dieses Reaktionsmedium reagiert dann mit den Metallteilchen bzw. dem Metalldampf und bildet dann Stoffe, die mit einem Filter leichter aufgefangen werden können. Der Rest des zugeführten Reaktionsmediums wird dann weiter über den dritten Behälter 23 zum Umlaufkanal 3t zurückgeleitet.A supply of reaction medium from the second container 17 can also open into the discharge. This reaction medium then reacts with the metal particles or the metal vapor and then forms Substances that can be more easily caught with a filter. The remainder of the reaction medium supplied is then passed back via the third container 23 to the circulation channel 3t.

Wenn das gasförmige Reaktionsmedium im zweiten Behälter 17, C4F8 ist und das Metall aus Lithium besteht, sind die Reaktionsprodukte fest und bestehen aus Lithiumfluorid und Kohlenstoffteilchen. Wenn das gasförmige Reaktionsmedium z. B. CIF3 ist, sind die Reaktionsprodukte festes Lithiumfluorid und flüssiges Lithiumchlorid. Es wird angenommen, daß dabei eine Temperatur von etwa 84O⁰C, eine geeignete Betriebstemperatur für den Heißgasmotor, vorherrscht.If the gaseous reaction medium is in the second container 17, C4F8 and the metal consists of lithium, the reaction products are solid and consist of lithium fluoride and carbon particles. When the gaseous reaction medium z. B. CIF3, the reaction products are solid lithium fluoride and liquid lithium chloride. It is believed that while a temperature of about 84O ⁰ C, a suitable operating temperature for the hot-gas engine prevails.

Die bei der Reaktion gebildeten festen Teilchen vermischen sich mit dem geschmolzenen Metall. Das Volumen der Reaktionsprodukte ist nahezu gleich dem des des Metalls, das sich an der Reaktion beteiligt hat. Dabei brauchen keine Reaktionsprodukte abgeführt zu werden.The solid particles formed in the reaction mix with the molten metal. The volume the reaction product is almost equal to that of the metal that took part in the reaction. Included no reaction products need to be removed.

Eine gute Wärmeübertragung zwischen dem flüssigen Metall und den Erhitzerrohren ist dadurch gesichert, daß das flüssige Metall stetig an diesen Röhren entlangströmt. Hierdurch ergibt sich eine gute Mischung des flüssigen Metalls und der Reaktionsprodukte, so daß das vom zweiten Behälter 17 stammende Reaktionsmedium immer Metall trifft, womit es reagiert. Des weiteren ist es vorteilhaft, daß in diesem System der Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsmittel und der im Umlaufkanal vorhandenen Flüssigkeit an einer Stelle stattfindet, die von der Ausmündung der Leitung 18 im Umlaufkanal 31 entfernt ist. Auf diese Weise wird eine Überhitzung der Erhitzerrohre des Heißgasmotors vermieden. Ein weiterer Vorteil ist, daß jetzt das agressive Reaktionsmedium aus dem Behälter 17 nicht zu den Erhitzerrohren des Motors gelangen kann, sonst würden diese Rohre durch dieses Reaktionsmedium angegriffen.Good heat transfer between the liquid metal and the heater tubes is ensured by that the liquid metal flows steadily along these tubes. This results in a good mix of the liquid metal and the reaction products, so that the coming from the second container 17 Reaction medium always hits metal with which it reacts. Furthermore, it is advantageous that in this system the heat exchange between the working medium and the liquid present in the circulation channel takes place at a point which is removed from the mouth of the line 18 in the circulation channel 31. To this In this way, overheating of the heater tubes of the hot gas engine is avoided. Another advantage is that now the aggressive reaction medium from the container 17 does not reach the heater tubes of the engine otherwise these pipes would be attacked by this reaction medium.

Weiter ist es bei dieser Vorrichtung sehr wichtig, daß mit Hilfe des Heliumdrucks das Metallbad stets unter einem zum Erzielen einer guten Wirkung der Zirkulationspumpe genügenden Druck gehalten werden kann. Wenn im Umlaufkanal ein Vakuum entstehen würde, würde die Wirkung der Pumpe verlorengehen.It is also very important in this device that the metal bath is always under with the help of the helium pressure a pressure sufficient to achieve a good effect of the circulation pump can be maintained. If a vacuum were to develop in the circulation channel, the effect of the pump would be lost.

Unter Umständen kann das Herumpumpen des Heliums weniger erwünscht sein. Das Eindringen von Metall in die Leitung 18 kann dann dadurch verhindert werden, daß an der Stelle 35, wo die Leitung warm ist, ein Rückschlagventil angebracht wird.Pumping the helium around may be less desirable. Penetration of metal in the line 18 can then be prevented that at the point 35 where the line is warm, a check valve is attached.

Bei der Reaktion zwischen einem Metall oder Metallgemisch und Sauerstoff, einem Halogen oder einer halogenhaltigen Verbindung wird pro Volumeinheit der reagierenden Stoffe eine Menge an Wärme entwikkelt, die mehrmals größer ist als die Wärmemenge, die in übliche Wärmeakkumulatoren pro Volumeinheit gespeichert werden kann. Daher kann das Erhitzersystem, in dem eine chemische Reaktion vor sich geht, ein erheblich kleineres Volumen und geringeres Gewicht als Wärmeakkumulatorsysteme haben. Dabei wird der Vorteil, daß keine Verbrennungsgase abgeführt zu werden brauchen, völlig beibehalten. Dies ist sehr wichtig in bezug auf das sich in Großstädten und Bergwerken ergebende Luftverunreinigungsproblem. Weiter kann dieses chemische Erhitzersystem auch an Steilen Anwendung finden, wo infolge des hohen Umgebungsdrucks eine Abfuhr von Verbrennungsgasen kaum mehr möglich ist.In the reaction between a metal or a mixture of metals and oxygen, a halogen or a halogen-containing compound, an amount of heat is developed per unit volume of the reacting substances, which is several times greater than the amount of heat that is stored in conventional heat accumulators per unit of volume can be. Therefore, the heating system in which a chemical reaction takes place can become a significant one have a smaller volume and weight than heat accumulator systems. The The advantage that no combustion gases need to be discharged is fully retained. This is very important in relation to the air pollution problem arising in large cities and mines. Can continue This chemical heating system can also be used on steep slopes where, due to the high ambient pressure, there is hardly any removal of combustion gases more is possible.

In F i g. 2 bezeichnet 1 einen Zylinder eines Heißgasmotors, in dem sich ein Kolben 2 und ein Verdränger 3 bewegen können. Der Kolben 2 und der Verdränger 3 sind mittels einer Kolbenstange 4 bzw. einer Verdrängerstange 5 mit einem nicht dargestellten Getriebe derart verbunden, daß der Kolben und der Verdränger sich mit einem gegenseitigen Phasenunterschied bewegen können. Bei der Bewegung ändert der Kojben 2 zusammen mit der Unterseite des Verdrängers 3 das Volumen eines Kompressionsraums 6, während die Oberseite des Verdrängers das Volumen eines Expansionsraums 7 ändert. Der Kompressionsraum 5 und der Expansionsraum 7 stehen über einen Kühler 8, einen Regenerator 9 und einen Erhitzer miteinander in Verbindung. Der Erhitzer besteht aus einem Kranz von Rohren 11, die sich einerseits an den Regenerator 9 und andererseits an einen Ringkanal 12 anschließen. Der Ringkanal 12 steht über zwischen den Rohren 11 liegende Rohre 13 mit dem Expansionsraum 7 in Verbindung. Es wird angenommen, daß die Wirkungsweise des Heißgasmotors bekannt ist.In Fig. 2, 1 denotes a cylinder of a hot gas engine in which a piston 2 and a displacer 3 are located can move. The piston 2 and the displacer 3 are by means of a piston rod 4 and a displacer rod, respectively 5 connected to a transmission, not shown, in such a way that the piston and the displacer can move with a mutual phase difference. When moving, the cabin 2 changes together with the underside of the displacer 3, the volume of a compression chamber 6, while the The top of the displacer changes the volume of an expansion space 7. The compression space 5 and the Expansion space 7 are connected to one another via a cooler 8, a regenerator 9 and a heater. The heater consists of a ring of tubes 11, which on the one hand to the regenerator 9 and on the other hand, connect to a ring channel 12. The annular channel 12 protrudes over between the tubes 11 Pipes 13 with the expansion space 7 in connection. It is believed that the mode of operation of the hot gas engine is known.

Zwischen dem Erhitzer des Heißgasmotors und dem Umlaufkanal 31 des Erhitzersystems strömt ein Medium herum, das die im Umlaufkanal 31 entwickelte War-A medium flows between the heater of the hot gas engine and the circulation channel 31 of the heater system around that the war developed in the circulation channel 31

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me auf die Erhitzerrohre überträgt. Dieses Übertragungsmedium befindet sich in einem Umlaufsystem, das aus einer rings um den Erhitzer des Heißgasmotors angeordneten Kammer 40, einem Kanal 41, einer Zirkulationspumpe 42, einem Wärmeaustauscher 43 und einem sich wieder an die Kammer 40 anschließenden Kanal 44 besteht. Im letzteren Kanal befindet sich ein Metall oder Metallgemisch, wie z. B. NaK. Im Wärmeaustauscher 43 tauscht dieses Metall mit dem flüssigen Metall oder Metallgemisch im Umlaufkanal 31 Wärme aus.
Diese Bauart weist den Vorteil auf, daß beim Aufbaume on the heater tubes. This transmission medium is located in a circulating system which consists of a chamber 40 arranged around the heater of the hot gas engine, a duct 41, a circulation pump 42, a heat exchanger 43 and a duct 44 that is again connected to the chamber 40. In the latter channel is a metal or metal mixture, such as. B. NaK. In the heat exchanger 43, this metal exchanges heat with the liquid metal or metal mixture in the circulation channel 31.
This type of construction has the advantage that during construction

des Erhitzers 10 die sich im Betrieb ändernden Eigenschaften der Flüssigkeit im Umlaufkanal 31 nicht berücksichtigt zu werden brauchen. Die Eigenschaften des flüssigen wärmeübertragenden Metalls ändern sich im Lauf der Zeit nicht. Für den Wärmeaustauscher 43 besteht baulich eine größere Freiheit, weil die an den Heißgasmotor zu stellenden Anforderungen hier nicht mehr erfüllt zu werden brauchen, so daß nun ein Wärmeaustauscher aufgebaut werden kann, der gut mit dem Umlaufkanal 31 zusammenwirkt.of the heater 10 does not take into account the properties of the liquid in the circulation channel 31 that change during operation need to become. The properties of the liquid heat transferring metal change not over time. For the heat exchanger 43 there is structurally greater freedom because the to Hot gas engine requirements no longer need to be met here, so that now a heat exchanger can be built up, which interacts well with the circulation channel 31.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

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Claims

16 Ol 463 claims:

1. Device for converting thermal energy into mechanical energy, in particular Hot gas engine, one or more rooms of lower medium temperature in which a work medium can be compressed, and one or more associated with these spaces Contains rooms of higher average temperature in which the working fluid can be expanded, in the connection between each pair of these spaces there is a heat exchanger, preferably a regenerator, the apparatus further comprising a heater system for supplying heat to the working means, which has at least one first having the shape of a circulation channel Container with a metal or liquid that is liquid at the operating temperature of the working medium Contains metal mixture, with the metal or the metal mixture over a part of this circulation channel Releases heat to the working medium of the device, characterized in that at least one second container (17) is provided with a reaction medium which, with the development of heat can react chemically with the liquid in the first container (31) in such a way that the reaction products are solid and / or liquid at the temperature and the pressure in the first container (31), wherein the second container (17) is in communication with the first container via a feed line (18) stands, while the system further contains a control device (20), with the reaction medium in metered amounts from the second container (17) is supplied to the first container (31), wherein a circulation pump (32) for pumping the liquid metal around is located in the circulation channel (31) and the line (18) for feeding the reaction medium from the second container (17) into the circulation channel (31) opens at a point (36) from the part (34) of the circulation channel (31) where the mentioned Heat exchange takes place, is removed.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that in the Umlaufkana! (31) above that in it existing metal or metal mixture a space is provided with a with the concerned Metals not chemically reacting gas, such as helium, is filled. wherein means (container 23) for maintaining a certain pressure is present in this space.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, which is designed as a hot gas engine, a heater Pipe heater is. characterized in that a further circulation channel (41, 44) is provided in which a metal or metal mixture, such as NaK, circulates, the heater tubes (11) of the engine from this liquid metal or metal mixture are flowed around and this metal or metal mixture to another point (43) exchanges heat with the liquid in the circulation channel (31).