DE2015202B2 - Heißgasmotor - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Heißgasmotor mit einem Kompressionsraum veränderlichen Volumens und niedrigerer mittlerer Temperatur und einem damit verbundenen Expansionsraum ebenfalls veränderlichen Volumens und höherer mittlerer Temperatur, wobei sich in der Verbindung zwischen diesen Räumen ein Kühler, ein Regenerator und ein aus einem Satz Kanäle zwischen Regenerator und Expansionsraum bestehender Erhitzer befinden, welchem mit Hilfe eines Erhitzungssystems, das einen Strom erhitzten Mediums an den Kanälen entlang führen kann, Wärme zugeführt werden kann und wobei die Kanäle des Erhitzers mit mindestens einem Behälter, in dem sich ein Stoff oder ein Gemisch aus Stoffen befindet, in dem fühlbare w und/odrr Schmelzwärme gespeichert werden kann, in thermischer Verbindung stehen.

Ein Heißgasmotor der Art, auf die sich die

vorliegende Erfindung bezieht, ist in der NL-PS 60 007 beschrieben worde^ ßej diesem bekannten Heißgasmotor steht der Erhitzer mit einem Behälter, der einen Stoff mit einem Schmelzpunkt aber 500⁰C, aber unter dem Schmelzpunkt des Erhiwermaterials erhält, in thermischer Verbindung, Dieser Behälter ist als Wärmespeicher wirksam, dem in denjenigen Augenblikken, wo der Motor mehr Leistung liefern muß als seine normale Vollastleistung, Wärme entnommen werden kann. Wie in der genannten Patentschrift besehrieben wurde, dauern die Perioden einer Überlastung nur sehr kurz, so daß ein kleiner Behälter ausreichen kann.

Heißgasmotoren mit derartigen, als kleine Wärmespeicher wirksamen Behältern sind ebenfalls bekannt aus der US-PS 25 96 057 und der DE-PS 8 21 729.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Heißgasmotor mit einem wärmespeichernden Behälter zu schaffen, der längere Zeit, beispielsweise während des Aufenthaltes in Räumen, wo Auspuffgase unzulässig sind, einzig und allein mit der im wärmespeichernden Behälter vorhandenen Wärme arbeiten kann und der von einer derartigen Konstruktion ist, daß der Motor aus kaltem Zustand mit Hilfe der Erhitzervorrichtung unmittelbar angelassen werden kann und wobei im Betrieb der wärmespeichernde Behälter immer die gewünschte Betriebstemperatur hat

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kanäle des Erhitzers durch einen ersten Kranz von Rohren gebildet sind, die sich mit ihrer einen Seite an den Expansionsraum anschließen und mit ihrer anderen Seite mit weiteren Rohren verbunden sind, die sich an den Regenerator anschließen, wobei die weiteren Rohre wenigstens teilweise innerhalb des genannten Behälters liegen und der Behälter in der Zone, in der sich die weiteren Rohre innerhalb des Behälters erstrecken, mit einer Anzahl Kanäle versehen ist, die sich zwischen der dem ersten Kranz von Rohren zugewandten Begrenzungsfläche und der davon abgewandten Begrenzungsfläiche des Behälters erstrecken, beide derart, daß das Erhitzung~<rnedium nach dem Durchgang durch den ersten Kranz von Rohren durch die Kanäle wegfließen kann.

Auf diese Weise ist ein Heißgasmotor erhalten, der dadurch, daß das Erhitzungsmedium, das beispielsweise von einem Brenner herrührt, mit dem inneren Rohrekranz in direktem Kontakt steht, aus völlig kaltem Zustand unmittelbar angelassen werden und dabei bereits einen wichtigen Teil seiner Vollastleistung liefern kann. Nach dem Durchgang durch den inneren Rohrekranz fließt das Erhitzungsmedium durch die Kanäle in den Behälter, wobei der darin vorhandene Stoff, beispielsweise LiF, zum Schmelzen gebracht und auf oder über der Schmelztemperatur gehalten wird. Statt eines Stoffes, der zum Schmelzen gebracht wird, ist unter Umständen auch ein Stoff verwendbar, beispielsweise AI₂O₃, in dem nur fühlbare Wärme gespeichert wird. In normalem Betrieb wird also der Erhitzer an der ganzen Rohrlänge erhitzt, und zwar teilweise unmittelbar durch das Erhitzungsmedium (Rauchgase) und teilweise durch den Stoff im Behälter.

örtliche Überhitzung des Behälters durch das warme Erhitzungsmedium kann dabei nicht auftreten, weil dieses Medium zunächst den inneren Rohrekranz passiert und dort dem Motor bereits einen Teil seiner Wärme abgibt. Der Behälter wird dabei immer betriebsfertig sein, d. h. eine hohe Temperatur aufweisen, so daß nach Ausschaltung des Erhitzungssystems dem Motor aus dem Behälter sofort Wärme zugeführt

werden kann» In diesem sogenannten Wärmepufferbe» trieb werden nur die weiteren Rohre erhitzt, so daß die Leistung etwas abnehmen wird. Damit eine ausreichen» de Menge Wärme im Behälter gespeichert werden kann, kann es unter Umständen notwendig sein, daß sich der Behalter weiter erstreckt als in der unmittelbaren Nähe der Rohre. Damit in diesem Fall sämtliche gespeicherte Wärme dennoch möglichst wirksam ausgenutzt wird, muß die Wärmeentnahme ziemlich einheitlich erfolgen. Dazu sind nach der Erfindung im ι ο Behälter die Wärme gut leitende Elemente angeordnet, die weiter von den weiteren Rohren liegende Punkte des Behälters mit den weiteren Rohren oder mit Stellen, die nahe bei diesen Rohren liegen, thermisch verbinden.

Diese die Wärme gut leitenden Elemente sind nach einer weiteren Ausführungsform durch je ein geschlossenes Verdampfungskondensationssystem gebildet In diesem System befindet sich dann ein Stoff mit einem Siedepunkt, der in der Nähe der Betriebstemperatur des Stoffes im Behälter liegt Diese Art von wärmeleitenden Elementen ist unter dem Namen »Wärmerohre« bekannt Der darin befindliche Stoff ist beispielsweise Natrium, das durch Verdampfen an der ieite, der Wärme zugeführt wird, und durch Kondensieren am kühleren Ende des Rohrs eine sehr große Menge Wärme befördern kann ohne einen nennenswerten Temperaturunterschied zwischen den beiden Rohrenden.

An Hand der Zeichnung, in der auf schematische Weise und nicht maßgerecht ein Beispiel einer Ausführungsform eines Heißgasmotors mit einem Brenner und einem Wärmespeicher dargestellt ist, wird die Erfindung näher erläutert

Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein Zylinder angedeutet in dem ein Kolben 2 und ein Verdränger 3 beweglich sind. Der Kolben und der Verdränger sind durch eine Kolbenstange 4 bzw. eine Verdrängerstange 5 mit einem nicht dargestellten Getriebe verbunden. Zwischen dem Kolben 2 und der Unterseite des Verdrängers 3 befindet sich ein Kompressionsraum 6, der über eintii Kühler 7, einen Regenerator 8 und einen Erhitzer 9 mit einem Expansionsraum 10 verbunden ist Der Erhitzer 9 ist dabei durch einen äußeren Kranz weiterer Rohre 11 gebildet, deren eine Seite sich an den Regenerator 8 anschließt, und deren andere Seite mit einem inneren Kranz von Rohren 12 verbunden ist, die sich an den Expansionsraum 10 anschließen. Deutlichkeitshalber sind von jedem Rohrekranz nur zwei Rohre dargestellt.

Der äußere Kranz von Rohren 11 ist in einen ringförmigen Behälter \3i aufgenommen, der mit LiF gefüllt ist. Die Zone des Behälters 13, in der sich die Rohre 11 innerhalb dieses Behälters erstrecken, ist mit einer Anzahl Kanäle J 4 versehen, die sich zwischen der Innen- und Außenwand des Behälters erstrecken. Im Behälter 13 sind eine Anzahl Wärmerohre 15 angeordnet Diese Wärmerohre 15 sind mit Na gefüllte geschlossene Rohre.

Ober dem inneren Rohrekranz ist ein Brenner 16 vorhanden, dem über die Zufuhr 17 Brennstoff und über die öffnung 18 Luft, die in einem nicht dargestellten Vorerhitzer vorgeheizt ist, zugeführt werden kann. Die Wirkungsweise des Heißgasmotors wird als bekannt vorausgesetzt

Dem Erhitzer wird durch den Brenner 16 Wärme zugeführt Die Rauchgase dieses Brenners passieren zunächst den inneren Kranz von Rohren 12, wobei dem Arbeitsmedium des Motors Wärme abgegeben wird. Die Rauchgase strömen danach durch die Kanäle 14 in den Behälter 13. Dabei wird dem LiF im Behälter Wärme abgegeben. Durch die Wärmerohre 15 wird die zugeführte Wärme gleichmäßig über den Behälter verteilt Nach einiger Zeit wird da? LiF geschmolzen sein. Sämtliche Wärme der Rauchgase n-ird dann dem Motor abgegeben und zwar teilweise durch direkten Kontakt der Rauchgase mit den Rohren 12 und teilweise über das geschmolzene LiF an den Rohren 11. Kommt der Motor nun in einen Raum, in dem keine Rauchgase abgegeben werden dürfen, so kann der Brenner ausgeschaltet werden und der Motor kann mit der im geschmolzenen LiF vorhandenen Wärme weiter arbeiten. Da nun nur durch die Rohre 11 Wärme zugeführt wird, wird die Leistung etwas zurücklaufen. Die Wärmerohre 15 sorgen dafür, daß die Wärme möglichst gleichmäßig überall dem Behälter 13 entnommen wird, so daß eine sehr wirksame Ausnutzung der gespeicherten Wärme erhalten ist.

Auf diese Weise ist eine äußerst gut funktionierende Konstruktion eines Heißgasmotors mit einem kombinierten Brenner- und Wärmespeichersystem erhalten.

Der erfindungsgemäße Heißgasmotor kann aur völlig kaltem Zustand sofort angelassen werden und einen großen Teil der Vollastleistung liefern, weil die Rau .hgase mit dem inneren Kranz von Rohren 12 in direktem Kontakt stehen.

Im Betrieb ist der Behälter 13 immer auf Betriebstemperatur, so daß nach Löschen des Brenners 16 sofort auf Wärmespeicherbetrieb übergegangen werden kann.

örtliche Überhitzung des Behälters 13 ist praktisch ausgeschlossen, da die Rauchgase zunächst am inneren Kranz von Rohren 12 entlang strömen und dabei abkühlen und erst danach mit dem Behälter 13 in Kontakt treten. Weiter wird durch die Wärmerohre 15 die Wärme sehr gut über den Behälter 13 verteilt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche;

   t, Hejßgasmotor mit einem Kompressionsraum veränderlichen Volumens und niedrigerer mittlerer Temperatur wnd einem damit verbundenen Expansionsraum ebenfalls veränderlichen Volumens und höherer mittlerer Temperatur, wobei sich in der Verbindung zwischen diesen Räumen ein Kühler, ein Regenerator und ein aus einem Satz Kanäle zwischen Regenerator und Expansionsraum besteheiider Erhitzer befinden, welchem mh Hilfe eines Erhitzungssystems, das einen Strom erhitzten Mediums an den Kanälen entlang fuhren kann, Wärme zugeführt werden kann und wobei die Kanäle des Erhitzers mit mindestens einem Behälter, in dem sich ein Stoff öder ein Gemisch aus Stoffen befindet, in dem fühlbare und/oder Schmelzwärme gespeichert werden kann, in thermischer Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle des Erhitzers (9) durch einen ersten Kranz vpa Rohren (12) gebildet sind, die sich mit ihrer einen Seite an den Expansionsraum (10) anschließen und mit ihrer anderen Seite mit weiteren Rohren (11) verbunden sind, die sich an den Regenerator (8) anschließen, wobei die weiteren Rohre (11) wenigstens teilweise innerhalb des genannten Behälters (13) liegen und der Behälter (13) in der Zone, in der sich die weiteren Rohre (11) innerhalb des Behälters (13) erstrecken, mit einer Anzahl Kanäle (14) versehen ist, die sich zwischen der dem ersten Kranz von Rohren (12) zugewandten Begrenzungsfläche und der davon abgewandten Begrenzungsfläche des Behälters (13) erstrecken, beide derart, daß das Erhitzüngsmedium nach dem Durchgang durch den eisten Kranz von Rohren (12) durch die Kanäle (14) wegfließe), kann.
2. 2. Heißgasmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im genannten Behälter (13) die Wärme gut leitende Elemente (15) angeordnet sind, die weiter von den weiteren Rohren (11) liegende Stellen im Behälter (13) mit den weiteren Rohren (11) oder mit Stelisn, die nahe bei diesen Rohren liegen, thermisch verbinden.
3. 3. Heißgasmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Wärme gut leitenden Elemente (15)i durch je ein geschlossenes Verdampfungs-Kondensationssystem gebildet sind.