DE1947766A1

DE1947766A1 - Heizsystem

Info

Publication number: DE1947766A1
Application number: DE19691947766
Authority: DE
Inventors: Van Beukering Henricu Johannes; Van Witteveen Roland Anto Otto; Johann Schroeder
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1968-09-30
Filing date: 1969-09-20
Publication date: 1970-04-30
Also published as: NL6813989A; FR2019217A1; SE351265B; DK121450B; BE739552A; GB1288390A; US3651797A; CH507489A; CA922192A

Description

Dipl.-IfV₃. ERICH E. WALTHER

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Anmelder: U. V. FHiLIPS' GLOEiLAIKFABRfEKEN

Akte: PHN- 5498 Anmeldung von» 19· Sept. 1969

PHN. 3498.

Heizsystem.

Die Erfindung betrifft ein Heizsystem, besonders für die Zufuhr von Wärme an einen Wärmeaustauscher, der von einem Medium durchflossen wird, welches System mindestens ein Reaktionsgefäss mit einem bei der Betriebstemperatur flüssigen Metall oder Metallgemisch und mindestens einen ersten Behälter mit einem Oxydationsmittel enthält, das mit der im Reaktionsgefäss vorhandenen Flüssigkeit unter Entwicklung von Wärme chemisch derart reagieren kann, dass di.e Reaktionsprodukte bei der iin Reaktionsgefäss vorherrschenden Temperatur und dem Druck fest und/oder flüssig sind, welcher Behälter über mindestens eine Leitung mit einem Regelhahn an mindestens eine sich an das Reaktionsgefäss angeschlossene Zufuhrleitung angeschlossen ist, wobei ferner mindestens ein

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zweiter Bellälter mit einem gasförmigen Medium vorgesehen istdas weder mit der Flüssigkeit in dem Reaktionsgefäss noch mit dem Oxydationsmittel chemisch reagiert, welcher zweite Behälter über eine Leitung"mit einem Regelhahn sich auch an die erwähnte Zufuhrleitung anschliesst, wobei sich a,x\ da-Reaktionsgefäss mindestens eine Abfuhr für das zugei'iinr r.o gasförmige Medium anschliesst, die mit einem regelbaren-Abschlussglied versehen ist, durch welches der Druck im Reaktionsgef äss regelbar ist.

Heizsysteme vorerwähnter Art sind bekannt; sie

haben den Vorteil, dass sie Warme unabhängig von ihrer Umgebung liefern können. Diese Heizsysteme liefern Wärme ohne Verbrauch von Verbrennungsluft und ohne Abgase. Sie eignen sich somit besonders gut zur Verwendung an Stellen, wo keine Verbrennungsluft ausreichend vorhanden ist und/oder wo Luftverschmutzung durch Abgase unzulässig ist. HeizsysteiBe dei:. Art nach der Erfindung lassen sich z.B. für die Wärmezufuhr. P an Vorrichtungen verwenden, in denen ein Arbeitsmittel einen , thermodynamisehen Zyklus zwischen einem Expansionsraum hoher Temperatur und einem Kompressionsraum niedrigerer Temperatur vollführt. Beispiele solcher Vorrichtungen sind Gasturbinen und Heieigasmotoren. Die Wärme kann dabei der Vorrichtung zugeführt werden, indem der Erhitzer der Vorrichtung, der meistens durch einen rohrförmigen Wärmeaustauscher gebildet wird, den von dem Arbeitsmittel auf seinem Wege zum Expansionsraum durchflossen wird, nixt der Flüssigkeit im Reaktion?- ' gefäss in Berührung gebracht wird. Gegebenenfalls kann die

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Wärmeübertragung von dem Reaktionsgefäss auf den Erhitzer auch durch ein Wärme transportierendes Medium z.B. flüssiges NaK erfolgen, das.durch ein Leitungssystem herumläuft, das einerseits mit dem Reaktionsgefäss und andererseits mit dem Erhitzer Wärme austauscht.

Das Metall oder das Me tallgemisch im Reakticn?- gefäss kann durch eines oder mehrere der Metalle Li, Ga, Na, K, Mg, Al und/oder eines oder mehrere der seltenen Erdmetalle gebildet werden. Diese Metalle und insbesondere Kombinationen derselben haben den Vorteil, dass sie eine verhältnismässig niedrige Schmelztemperatur und eine grosse Uärme— entwicklung pro Volumeneinheit aufweisen. Das Oxydationsmittel kann z.B. durch ein Halogen oder eine Halogenverbindung, insbesondere durch Fluor oder eine Fluorverbindung gebildet werden. Das Oxydationsmittel wird dem Reaktionsgefäss dosiert zugeführt, in dem das Mittel unter Entwicklung von Wärme mit dem Metall oder den Metallen reagiert« Es entstehen dabei Salze, die bei der Betriebstemperatur- fest und/oder flüssig sind.

Durch Offnen des Regelhahns kann das inerte Gar des zweiten Behälters mit dem Oxydationsmittel gemeinsam dem Reaktionsgefäss zugeführt werden. Diese Zufuhr inerten Gases dient dazu, die Geschwindigkeit des Mediumstroms durch die in das Reaktionsgefäss ausmündende Zufuhrleitung stets auf einem solchen Wert aufrechtzuerhalten, dass an erster Stelle diese Leitung derart mittels des Mediumstroms gekühlt wird, dass das Oxydationsmittel nicht mit dem Material dieser

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Leitung reagiert, und an zweiter SteJle die Flüssigkeit d.f-s Reaktionsgefässes nicht in die Zufuhrleitung eindringfui kann, Zu diesem Zweck kann ein konstanter Strom inerten Gases mit dem Oxydationsmittel mitgeführt werden. Es ist weiterhin möglich, stets eine so grosse Menge inerten Gases mi ±zv:f uhren wie für die Kühlung notwendig ist und wie zum Verhüten der Flüssigkeitseindringung erforderlich ist. Ferner dient das inerte Gas, einen konstanten Druck auf die Fluss3 gk<?i r im Reaktionsgefäss aufrechtzuerhalten, so dass diese Flüssigkeit mittels einer Pumpe herumgeführt werden kann,, während das Oxydationsmittel stets mit dem gleichen Druck dem Reaktionsgefäss zugeführt werden kann.

Das zugeführte inerte Gas muss wieder abgeführt werden, um den Druck im Reaktionsgefäss konstant zu ha¹ten. Es;· ist bekannt, oben im Gefäss, wo eine Gasblase vorhandon ist, eine Abfuhr für das inerte Gas anzubringen, wetehe Abfuhr-ein. Abschlussglied aufweist, durch welches der Druck im Gefäss regelbar ist.

Diese Ausführungsform hat denNachteil, dass bei Schwankungen der Flüssigkeit im Gefäss oder bei Änderung Cu.r■ Lage des Gefässes die Flüssigkeit die Abfuhr abdecken kann. Um zu vermeiden, dass dann die Flüssigkeit in die Abfuhr eindringt, muss das Abschlussglied geschlossen werden. Um auch dann noch inertes Gas abführen zu können, muss eine andere Abfuhr geöffnet werden, die frei von der Flüssigkeit ist. Zu diesem Zweck wird eine Regelvorrichtung vorgesehen. Diese Regelvorrichtung und die mehreren, erforderlichen Abschluss-

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glieder machen dieses System teuer und störempfindlich.

Die Erfindung bezweckt, ein Heizsystem vorerwähnter Art zu schaffen, bei dem die Abfuhr des zugeführten inerten Gases nahezu unabhängig ist von der Lage des Reaktionsgefässes und von etwaigen Schaukelungen der Flüssigkeit« Zu diesem Zweck ist das Heizsystem nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktionsgefäss eine Zentrifuge angeordnet ist, die wenigstens örtlich die Flüssigkeit in Drehung versetzen kann, wobei die Abfuhr des inerten Gases in der Nähe der Drehachse der Zentrifuge ausmündet.

Infolge des Zentrifugierens der Flüssigkeit mit dem darin vorhandenen inerten Gas wird sich um die Drehachse der Zentrifuge eine Gasblase bilden, dav·das- Gas erheblich leichter als die Flüssigkeit ist. Vena man die Abfuhr an der Stelle dieser Gasblase ausmünden lässt, kann das Gas abgeführt werden. Es wird einleuchten, dass unabhängig von der Lage des Gefässes die Gasblase sich· stets uni die Drehachse der Zentrifuge befindet, so dass in allen Lage-η des Gefässes durch diese Abfuhr das Gas wegströmen kann.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung soll unter einer Zentrifuge eine Vorrichtung verstanden wer den, die mit einer Anzahl tun eine Drehachse angeordneter, · schaufeiförmiger Organe versehen wird, die die Flüssigkeit um die Drehachse in Drehung versetzen können.

Um zu vermeiden, dass bei einer zu niedrigen Drehzahl der Zentrifuge, also beim Anlassen und beim Anhal-

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ten, in welchem Falle das "Vorhandensein der Gasblase nicht mehr gesichert ist, Flüssigkeit abgeführt wird, ist bei einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform an der Stelle der Abfuhr des inerten Gases ein Verschlussglied angeordnet, wobei weiter ein Regelorgan vorgesehen ist, das dieses Verschlussglied beim Erreichen der Betriebsdrehzahl der Zentrifuge öffnet. ' P . Bei einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form des Heizsystems nach der Erfindung befinden sich in der Abfuhr des inerten Gases zwischen dem weiteren Verschlussorgan und dem regelbaren Verschlussorgan ein Flüssigkeitsabtrenner und ein Abtrenner für dampfförmige Metall- und/oder Salzteilchen. Auf diese Weise wird das abgeführte inerte Gas zweckvoll gereinigt, so dass es z.B. mittels eines Kompressors wieder dem zweiten Behälter zugeführt werden kann.

- Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Heizsystems nach der Erfindung, bei der das Reaktionsgefäss die Form eines Umlauf kanal s aufweist und eine Pumpvorrichtung zum Herumführen der Flüssigkeit vorgesehen ist, wii*d dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhrleitung für das Oxydationsmittel und das inerte Gas an einer Stelle in den Umlaufkanal ausmündet, die in der Strömüngsrichtung der Flüssigkeit vor der Stelle der Zentrifuge liegt.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

die Fig. 1 und 2 schematisch und nicht raasstäblieh zwei Ausführungsformen von Heizaysteinen.

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In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Zylinder eines Heissgasmotors, in dem ein Kolben 2 und ein Verdränger 3 bewegbar' sind. Der Kolben 2 und der Verdränger 3 sind durch eine Kolbenstange 4 bzw. eine Verdrängerstange~ 5 mit einem nicht dargestellten Getriebe verbunden. Zwischen dem Kolben 2 und dem Verdränger 3 befindet sich ein Kompressionsraum 6, der durch einen Kühler 7, einen Regenerator 8 und einen Erhitzer 9 mit einem Expansionsraum 10 in Verbindung steht. Der Erhitzer 9 besteht aus einem Kranz von Rohren 11, die einerseits an den Regenerator 8 und andererseits an einen Ringkanal 12 angeschlossen sind, und aus einem Kranz zwischen den Rohren 11 liegender Rohre 13» die den Ringkanal 12 mit dem Expansionsraum 10 verbinden.

Der Erhitzer 9 ist in einem Reaktionsgefäss 15 untergebracht, in dem ein flüssiges Gemisch von im wesentlichen Li und Ca vorhanden ist. Im Gefäss15-ist eine Pumpe 16 untergebracht, die durch eine. Welle ■ 1*7 mit dem Elektromotor 18 gekuppelt ist. Die Pumpe 16 führt die Flüssigkeit im Gefäss 15 herum, wobei ein Führungsschirm 19 die Flüssig» keit in Richtung des Pfeiles dem Erhitzer 9 zugeführt, von dem her die Flüssigkeit zur Saugseite der Pumpe zurückfliesst.

Im Behälter 21 ist ein Oxydationsmittel, vorzugsweise SFg gespeichert; durch eine Leitung 22 mit einem Verschlussglied 23 schliesst sich dieser Behälter an eine Anzahl von Zufuhrliitungen Zk an, von denen deutlichkeitshalber nur zwei dargestellt sind.

Ferner ist ein Behälter 25 vorgesehen, in dem

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ein inertes Gas z.B. Argon vorhanden ist. Der Behälter 25 schliesst sich durch eine Leitung 26 mit dem Regelhahn 27 auch an die Zufuhrleitungen 2k an.

Beim Offnen der Regelhähne 23 und 27 strömen

Oxydationsmittel und inertes Gas in das Gefäss 15· Das Oxydationsmittel reagiert unmittelbar mit dem darin vorhandenen Metall, wobei unter Wärmeentwicklung feste und/oder flüssige Salze gebildet werden. Die entwickelte Wärme wird auf das Arbeitsmittel des Heissgasmotors übertragen, das den Erhitzer 9 durchfliesst. Das inerte Gas bleibt ungeändert und würde ohne Abfuhrmöglichkeit für dieses Mittel eine Druckerhöhung im Gefäss 15 hervorrufen. Eine Zentrifuge 30, die durch eine Anzahl mit dem Rotor der Pumpe · ?i6 verbundener Schaufeln gebildet wird, versetzt das Gemisch aus Flüssig» keit und inertem Gas in Drehung. Dadurch wird sich infolge des Unterschieds im spezifischen Gewicht um die Welle 17 an der Stelle 31 eine Gasblase bilden. Die Welle 17 hat einen Kanal 32, der an einem Ende bei 31 und am anderen Ende in einen Raum 33 ausmündet. Im Raum 33 sind eine Anzahl von Platten 3^ angeordnet, gegen die das abgeführte inerte Gas stösst, so dass erwaige, mit dem Mittel mitgeführte Flüssigkeitsteilchen sich abtrennen. Die abgetrennte Flüssigkeit bleibt im Raum 33 zurück« Der Raum '33 steht mit einem Dampfabtrenner 35 in Verbindung, der gekühlt wird, so dass das inerte Gas abkühlt und etwaige roitgefUhrte, dampfförmige Metall- "oder Salzpartikel kondensiert und aufgefangen werden* Der Dampfabtrenner 35 steht durch eine Leitung 36 mit' einem

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Regelhahn 37 Pit der Saugseite eines Kompressors 38 in Verbindung, der das inerte Gas komprimiert und wieder dem Behälter 25 zuführt.

Der Kanal 32 in der Welle 17 kann durch eine

Klappe 4o abgeschlossen werden, deren Stiel durch die Welle 17 gebildet wird und die mit einem Elektromagnet 4.1 zusammenwirkt. Dieser Elektromagnet wird durch einen Zentrifugalschalter 42 derart gesteuert, dass beim Erreichen einer bestimmten Betriebsdrehzahl der Magnet 41 erregt und die Klappe 40 geöffnet wird.

Die Wirkungsweise dieses Heizsystems ist wie

folgt: An erster Stelle wird das Metallgemisch im Gefäss 15 z.B. durch eine nicht dargestellte, elektrische Heizvorrichtung zum Schmelzen gebracht. Darauf werden die Regelhähne 23 und 27 geöffnet, so dass Oxydationsmittel und inertes Gas dem Gefäss 15 zufliessen. Gleichzeitig wird der Elektromotor 18 erregt, so dass die Pumpe 16 und die Zentrifuge 30 in Betrieb gerückt werden. Beim Erreichen der Betriebsdrehzahl wird über den Zentrifugalschalter 42 der Elektromagnet 41 erregt und die Klappe 40 geöffnet. Auf diese Weise wird verhütet, dass bei verfrühtem Offnen, wenn also die Drehzahl der Zentrifuge 30 noch zu niedrig ist und sich noch keine Gasblase gebildet hat, Flüssigkeit aus dem Gefäss 15 in den Raum 33 hineinfliesst. Mittels des Regelhahns 37 wird ein bestimmter, erwünschter Druck im Raum 33 aufrechterhalten, so dass wenn der Druck im Gefäss 15 etwas ansteigt, inertes Gas durch den Kanal 32 in den Raum 33 hineinflieest und von dort

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durch den Damj^abtrenner 35 und den Kompressor 38 wieder zum Behälter 25 strömt.

Auf diese Weise wird eine Abfuhr inerten Gases verwirklicht, die praktisch unabhängig von der Lage des Heizsystems ist. In verhältnismässig einfacher Weise wird, also ein konstanter Druck im Gefäss 15 sichergestellt. Infolge dieses konstanten Drucks sind Kavitationserscheinun-K gen und dabei auftretendes Rauschen in der Pumpe und in der Reaktionszone vollständig unterdrückt, während das Oxydations* mittel stets gegen den gleichen Druck zugeführt werden kann.

Obgleich die Pumpe und die Zentrifuge bei der Vorrichtung nach Fig. T kombiniert ausgebildet sind, können diese selbstverständlich unter Umständen auch getrennt angeordnet werden»

Fig. 2 zeigt eine Abart der Vorrichtung nach Fig. 1 schematisch und nicht masstäblich. Das Reaktionsgefäss 15 steht dabei durch eine Abfuhrleitung 50 und eine Zufuhrlei-" tung 51 niit einem Reservegefäss 52 in Verbindung, das ein gleiches Metallgemisch wie .das Gefäss 15 enthält. Da die Abfuhrleitung 50 sich an die Kompressionsseite der Pumpe 16 und die Zufuhrleitung 51 sich an die Saugseite der Pumpe anschliessen, fliesst stets durch die Abfuhrleitung eine Flüssigkeit zum Reservegefäss 52 "und durch die Zufuhrleitung wird stets Flüssigkeit dem Reaktionsgefäss 15 zufHessen. Dabei werden mit dem Fluss durch die Abfuhr leitung 50 mitgeführte Salze aus dem Reaktionsgefäss 15 abgeführt, welche Salzteilchen infolge ihres höheren spezifischen Gewichtes

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im Re serve ge fass 52 abgelagert werden· Der Fluss durch, die Zufuhrleitung 51 hat wenig Salzteilchen, so dass im Reaktionsgefäss 15 stets ein niedriger, konstanter Salzgehalt vorhanden ist, wodurch gute Reaktionsverhältnisse gewährleistet werden, ^f

Die weitere Konstruktion und Wirkungsweise der Vorrichtung entspricht denen nach Fig. 1, so dass eine weitere Erläuterung sich erübrigt.

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Claims

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Patentansprüche .

1. Heizsystem insbesondere für die Zufuhr von Wärme an einen Wärmeaustauscher, der von einem Medium durchflos-

sen wird und der mindestens ein Reaktionsgefäss mit einem bei der Betriebstemperatur flüssigen Metall oder Metallgemisch und mindestens einen ersten Behälter mit einem Oxydationsmittel enthält, das mit der im Reaktionsgefäss vorhandefc nen Flüssigkeit unter Entwicklung von Wärme chemisch derart reagieren kann, dass die Reaktionsprodukte bei der im Reaktionsgefäss vorherrschenden Temperatur und dem Druck fest und/oder flüssig sind, welcher Behälter durch mindestens eine Leitung mit einem Regelhahn an mindestens eine sich an das Reaktionsgefässanschliessende Zufuhrleitung angeschlossen ist, wobei weiterhin mindestens ein zweiter Behälter mit einem Gas vorhanden ist, das weder mit der Flüssigkeit im Reaktionsgefäss noch mit dem Oxydationsmittel chemisch reagiert, welcher zweite Behälter durch eine Leitung mit einem

^v Regelhahn sich auch an die erwähnte Zufuhrleitung anschliesst, wobei sich an das Reaktionsgefäss mindestens eine Abfuhr für das zugeführte Gas anschliesst, die mit einem regelbaren Verschlussglied versehen ist, durch welches der Druck im Reaktionsgefäss regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktionsgefäss eine Zentrifuge angeordnet ist, die wenigstens örtlich die Flüssigkeit in Drehung versetzen kann, während die Gasabfuhr in der Nähe der Drehachse der Zentrifuge ausmünde t.
2. . Heizsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-

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net, dass an der Gasmündungsstelle ein weiteres Verschlussglied und eine Regelvorrichtung vorhanden sind, die dieses Verschlussglied beim Erreichen der Betriebsdrehzahl der Zentrifuge öffnet.

3. Heizsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasabfuhr zwischen dem weiteren Verschlussglied und dem regelbaren Verschlussglied einen.Flüssigkeitsabtrenner und einen Abtrenner für dampfförmige Metall- und/oder Salzteilchen enthält.

k. Heizsystem nach Anspruch 1,2 oder 3, bei dem

das Reaktionsgefäss die Form eines Umlaufkanals aufweist und eine Pumpvorrichtung vorhanden ist, durch welche die Flüssigkeit herumgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhrleitung für Oxydationsmittel und Gas an einer Stelle in den Umlaufkanal ausmündet, die in der Ströraungsrichtung der Flüssigkeit vor der Stelle der Zentrifuge liegt.

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