DE2050198C3

DE2050198C3 - Heating system for an engine plant

Info

Publication number: DE2050198C3
Application number: DE19702050198
Authority: DE
Inventors: George Albert Apolonia; Meijer Roelf Jan; Aa Herman Henricus Maria van der; Eindhoven Asselman (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1969-10-30
Filing date: 1970-10-13
Publication date: 1977-01-20

Description

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Die Erfindung betrifft ein Erhitzungssystem zum Zu-The invention relates to a heating system for

^r"l ich von Wärme /\ i-irem FrYit7cr einer Kraft ma- >- 1 iiicnanla^c. in lter ι in Medium einen thermodynami- ·· Κίι KrerUuf Jiiri'hfuhit, wie eines Heißgasmotors. π ι' einem v\ .ir mi irans lortiereniien M el mm. das sich in ^r "l i of heat / \ i-irem FrYit7cr a force ma-> - 1 iiicnanla ^ c. in lter ι in medium a thermodynami- ·· Κίι KrerUuf Jiiri'hfuhit, like a hot gas engine. π ι 'a v \. ir mi irans lortiereniien M el mm. that is in

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■■ Wärmequelle her-iihrendir Wanne verdampft !.μ .in ein·.^: K.<.ndeiAati'>nswarc1 untci Abgabe von Wr¹HiC an len I riil/er konderr.ier:. wobei das Kon-■■ Bring the heat source to the tub evaporates! .Μ .in a ·. ^: K. <. NdeiAati '> nswarc1 untci delivery of Wr ¹ HiC to len I riil / er konderr.ier :. whereby the con-

■ . 'vit von der KtrJensations /ur Verdampfungsv. .rj /urückiiefiitirt «ircl.■. 'vit from the KtrJensations / ur Evaporative V. .rj / backiiefiitirt «ircl.

Ein Erhitzungssystem obenerwähnter Art ist aus der NL-PS 58 355 bekannt Ein derartiges System, wobei zum Transportieren von Wärme von der Wärmequelle zum Erhitzer die Verdampiungs- und Kondensationswärme verwendet wird, bietet unter anderem den Vorteil, daß ein großer Wärmetransport erhalten werden kann, ohne daß zum Transport des Mediums verwickelte und teure Pumpen oder Ventile erforderlich üind. Das Transportmedium wird dabei derart gewählt, daß es eine Kondensationstemperatur hat, die der Betriebstemperatur des Erhitzers der thermodynamischen Kraftmaschinenanlage entspricht. Das Transportmedium wird dann durch die von der Wärmequelle zugeführte Wärme verdampft Der Dampf strömt zum Erhitzer infolge der Tatsache, daß die Temperatur und somit die Dampfspannung an der Stelle der Wärmequelle etwas höher sind als an der Stelle des Erhitzers Dort kondensiert der Dampf unter Abgabe von Wärme und das Kondensat wird entweder untere Einfluß der Schwerkraft oder mit Hilfe einer Pumpe wieder zur Wärmequelle zurückgeführtA heating system of the type mentioned above is known from NL-PS 58 355. Such a system, wherein the evaporation and condensation heat is used to transport heat from the heat source to the heater, offers the advantage, among other things, that a large heat transport can be obtained without involving the transport of the medium and require expensive pumps or valves. The transport medium is chosen such that it has a condensation temperature equal to the operating temperature of the heater's thermodynamic Power machine system corresponds. The transport medium is then fed by the heat source Heat evaporates The steam flows to the heater due to the fact that the temperature and thus the vapor tension at the point of the heat source is somewhat higher than at the point of the heater There the steam condenses with the release of heat and the condensate is either under the influence of Gravity or with the help of a pump returned to the heat source

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Erhit zungssystem der eingangs genannten Art zu schaffen, das^eine kompakte Bauweise aufweist und wirtschaftlich und betriebssicher arbeitet Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Wärmequelle innerhalb des geschlossenen Raums angeordnet ist und die Verdampfungswand durch Wandteile der Wärmequelle gebildet ist.The invention is based on the object of creating a heating system of the type mentioned above, the ^ has a compact design and works economically and reliably The task is thereby solved that the heat source is arranged within the closed space and the evaporation wall is formed by wall parts of the heat source.

Auf diese Weise ist ein sehr kompaktes System erhalten und ist die Gefahr einer Beschädigung der Wärmequelle praktisch eliminiert.In this way a very compact system is obtained and there is a risk of damage to the heat source practically eliminated.

Eine günstige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems hat das Kennzeichen, daß die Wärmequelle durch einen oder mehrere Behälter gebildet ist, die mi! einem wärmespeichernden Stoff gefüllt sind, wobei die Wände dieser Behälter, die den wärmespeichernden Stoff vom geschlossenen Raum trennen, an ihrer diesem Raum zugewandten Seite mit einer Kapillarstruktur versehen sind.A favorable embodiment of the system according to the invention is characterized in that the heat source is formed by one or more containers that mi! are filled with a heat-storing substance, wherein the walls of these containers, which separate the heat-storing substance from the closed space, on theirs The side facing the room are provided with a capillary structure.

Ein solches System ist besonders geeignet für Anwendung dort, wo keine Verbrennungsluft vorhanden ist oder keine Rauchgase erzeugt werden dürfen Die Kapillarstruktur auf den Behälterwänden gewährleistet durch Kapillarwirkung eine völlige Benetzung der Behälterwandoberflächen, so daß über die ganze Oberfläche Verdampfung auftritt. Dies ist besondres bei hohen Behältern von Belang.Such a system is particularly suitable for use where there is no combustion air or no smoke gases may be generated The capillary structure on the container walls is guaranteed complete wetting of the container wall surfaces through capillary action, so that evaporation occurs over the entire surface. This is special at high Containers of concern.

Eine andere günstige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Erhitzungssystems weist das Kennzeichen auf, daß die Wärmequelle durch einen oder mehrere Behälter gebildet ist, die mit einem Metall oder einem Gemisch aus Metallen gefüllt sind, wobei weiter jeder dieser Behälter mit einer Zufuhrleitung zum dosierten Zuführen eines Oxydationsmittels versehen ist. das unter Wärmeerzeugung mit dem Metall oder dem Gemisch aus Metallen reagiert und wobei die Wände diener Rehälter, die eine Trennwand mit dem geschlossenen k.nni bilden, an ihrer diesem Raum /ugen.in ten S. ic 111t einer Kapillarstruktur versehen sind.Another favorable embodiment of the heating system according to the invention has the identifier on that the heat source is formed by one or more containers with a metal or a mixture of metals are filled, each of these containers with a feed line for the metered Supplying an oxidizing agent is provided. that under heat generation with the metal or the Mixture of metals reacts and the walls serve as a container that forms a partition with the closed k.nni form, at their this space /ugen.in ten S. ic 111t are provided with a capillary structure.

lim werere günstige Ausführungsform des i.vfrdum.'Si'1-malJen Erhitzungssystems hat das Kennet chen. i,il.l d'c Behälter mit einer gleichfalls im gesdi'»'· senen Raun angeordneten Primäi-hei/vorrichtm^ I r die pMiiiiie Zufuhr von Wärme an die Behälter veiv hen νγίΙlim werere favorable embodiment of the i.vfrdum.'Si'1-malJen The Kennet has a heating system chen. i, il.l d'c container with a likewise in the gesdi '»' · serene space arranged Primäi-hei / vorrichtm ^ I r the pMiiiiie supply of heat to the containers veiv hen νγίΙ

I: in.· weitere günstige Ausführungsform des eifi n Erhitzungssystem hat das Kennzeieiu 1.I: in. · Another favorable embodiment of the eifi The heating system has the label 1.

daß im geschlossenen Raum in an sich bekannter Weise eine KapiHarstruktur für Kondensatrückfuhr vorhanden ist, die den Erhitzer mit der Wärmequelle verbindet that in a closed space in a known manner a cap structure for condensate return is available that connects the heater to the heat source

Die Anwendung emer Kapillarstruktur in einem Verdampfungskondensationssystem für die Rückfuhr von Kondensat ist an sich bekannt, z. B. aus dem Artikel »Das Wärmerohr (Heat Pipe)« Chemie-ing.-Techn. 39. Jahrgang, !967, Heft 1, S. 21 bis 26.The application of a capillary structure in an evaporative condensation system for the return of condensate is known per se, for. B. from the article »The heat pipe« Chemie-ing.-Techn. 39th year,! 967, issue 1, pp. 21 to 26.

Im vorliegenden Fall verbindet die KapiHarstruktur den Erhitzer mit der Wärmequelle.In the present case, the capillary structure connects the heater with the heat source.

Ausführungsbeispielc der erfindungsgemäßen Erhitzungssysteme sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigtExemplary embodiments of the heating systems according to the invention are shown in the drawings and are described in more detail below. It shows

F i g. 1 eine Darstellung eines Erhitzungssystems mit einer Anzahl mit einem wärmespeichernden Stoff gefüllter Behälter undF i g. 1 shows a representation of a heating system with a number of those filled with a heat-storing substance Container and

F i g. 2 eine schematische Darstellung eines Erhitzungssystems mit zwei Behältern, die mit einem Metallgemisch gefüllt sind, das mit einem Oxydationsmittel reagieren kann.F i g. Figure 2 is a schematic representation of a heating system with two containers, which are filled with a metal mixture with an oxidizing agent can react.

In F i g. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Heißgasmotor bezeichnet, der mit einem Erhitzer 2 versehen ist, dem Wärme zugeführt werden muß. Um den Erhitzer 2 befindet sich ein Behälter 3, der über eine Leitung 4 mit einem Raum 5 verbunden ist. Der Behälter 3, die Leitung 4 und der Raum 5 bilden zusammen einen geschlossenen Raum, in dem sich Na befindet. Im Raum 5 ist eine Anzahl Behälter 14 angeordnet, die mit LiF oder einem anderen wärmespeichernden Stoff wie Aluminiumoxid gefüllt sind. Die Behälter 14 sind an ihrer Außenseite miteiner KapiHarstruktur 11 versehen, während die KapiHarstruktur 12 eine Verbindung mit dem Behälter 3 bildet. Weiter ist noch eine elektrische Heizspirale 15 vorhanden. Die Wirkungsweise ist folgende:In Fig. 1 with the reference number 1 is a hot gas engine referred to, which is provided with a heater 2 to which heat must be supplied. To the heater 2 there is a container 3 which is connected to a space 5 via a line 4. The container 3, the Line 4 and space 5 together form a closed space in which Na is located. In room 5 a number of containers 14 are arranged, which are filled with LiF or another heat-storing substance such as aluminum oxide are filled. The containers 14 are provided on their outside with a capillary structure 11, while the hard cap structure 12 forms a connection with the container 3. There is also an electric heating coil 15 available. The mode of action is as follows:

Mit Hilfe der elektrischen Heizspirale 15 wird Wärme zugeführt, wodurch Na zu verdampfen anfängt. Da die Behälter 14 noch kalt sind, kondensiert der gebildete Dampf an den Wänden der Behälter 14, wobei diesen Behältern Wärme zugeführt wird. Das Kondensat läuft nach unten und wird durch die Heizspirale 15 wieder verdampft. Auf diese Weise wird sehr wirtschaftlich die durch die Heizspirale 15 zugeführte Wärme gleichmäßig den Behältern 14 zugeührt. Ist das ganze LiF in den Behältern 14 geschmolzen, so ist also der Wärmespeicher geladen und die gespeicherte Wärme kann zum Betreiben des Motors 1 an Stellen, wo keine Rauchgase erzeugt werden dürfen, oder dort, wo keine Verbrennungsluft zur Verfugung steht, verwendet werden. With the help of the electrical heating coil 15, heat is generated supplied, whereby Na begins to evaporate. Since the containers 14 are still cold, the one formed condenses Steam on the walls of the containers 14, whereby heat is applied to these containers. The condensate runs downwards and is evaporated again by the heating coil 15. This way it becomes very economical the heat supplied by the heating coil 15 evenly the containers 14 supplied. If all of the LiF in the containers 14 has melted, then it is the heat store loaded and the stored heat can be used to operate the engine 1 in places where none Smoke gases may be generated or used where no combustion air is available.

Beim Betreiben des Motors 1 kondensiert Na-Dampf auf den Erhilzirrohren 2. Das Kondensat strömt wieder durch die Kapillarslruktur 12 zum Raum 5 zurück, wo die KapiHarstruktur 11 zum Verteilen der Flüssigkeit über die Wände der Behälter 14, wo die Flüssigkeit wieder verdampft, sorgt. Die Wärmeentnahme bei diesen Behältern erfolgt sehr gleichmäßig, so Jaß die Temperatur wieder überall nahezu dieselbe sein wird. Auf diese Weise ist ein Erhitzungssystem mit Wärmespeicher erhalten, wobei das Aufladen der Behälter 14 sowie das Entnehmen von Wärme von diesen Behältern mit Hilfe von Verdampfung und Kondensation von Na stattfinden. Dabei beteiligt sich die ganze Wand jedes der Behälter 14 an der Wärmeübertragung, so daß sehr schnell eine große Wärmemenge zugeführt bzw. entnommen werden kann. Das System enthält weiter keine beweglichen Teile, wie Pumpen und Regelventile, so daß eine große Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer gewährleistet sind. Eine örtliche Überhitzung der Wandteile ist dabei dadurch praktisch ausgeschlossen, daß das kondensierende bzw. verdampfende Na Temperaturunterschiede ausgleichtWhen the motor 1 is operated, sodium vapor condenses on the auxiliary pipes 2. The condensate flows again through the capillary structure 12 back to the space 5, where the capillary structure 11 is used to distribute the liquid over the walls of the container 14, where the liquid evaporates again. The heat extraction in these Containers takes place very evenly, so the temperature will be almost the same everywhere again. In this way, a heating system with a heat accumulator is obtained, with the charging of the container 14 and the removal of heat from these containers by means of evaporation and condensation of Well take place. The entire wall of each of the containers 14 participates in the heat transfer, so that a large amount of heat can be supplied or removed very quickly. The system continues no moving parts such as pumps and control valves, so that great reliability and a long service life are guaranteed. Local overheating of the Wall parts is practically excluded because the condensing or evaporating Na temperature differences compensates

Besonders vorteilhaft bei dieser Ausführungsform ist. daß das Aufladen mit Wärme sowie das Entnehmen von Wärme von den Behältern 14 mit Hilfe desselben wärmetransportierenden Mediums erfolgen.It is particularly advantageous in this embodiment. that the charging with heat as well as the removal of heat from the containers 14 with the aid of the same heat-transporting medium.

In F i g. 2 ist eine Ausführungsform eines Erhitzungssystems auf sehr schematische Weise dargestellt, wobei im Raum 5 zwei Behälter 20 angeordnet sind, die mit einem Metall, beispielsweise Li, oder einem Gemisch aus Metallen gefüllt sind. Jedem dieser Behälter kann über eine Zuführungsleitung 21 ein Oxydationsmittel, beispielsweise SFb, zugeführt werden. Die Wirkungsweise dieses Systems ist folgende. Durch eine Heizspirale 15 wird zunächst Wärme zugeführt. Dies läßt NIa verdampfen, wobei dies.er Dampf an den Wänden der Behälter 20 unter Wärmeabgabe kondensiert. Nach Zufuhr von genügend Wärme wird das Metall in den Behältern 20 geschmolzen sein. Die Heizspirale 15 wird dann ausgeschaltet und das Oxydationsmittel wird über die Leitungen 21 den Behältern 20 zugeführt. Dieses Oxydationsmittel reagiert unter Wärmeerzeugung mit dem Metall. Durch diese Wärmeerzeugung wird an den Wänden der Behälter 20 Na verdampfen. Der Dampf strömt zum Raum 3, wo dieser auf dem Erhitzer kondensiert. Das Kondensat strömt wieder durch die Kapillarstrukturen 12 und 11 zu den Wänden der Behälter 20 zurück. Auf diese Weise ist wieder ein sehr gut funktionierendes Erhitzungssystem erhallen. Das Na wird wieder dafür sorgen, daß praktisch an jeder Stelle des Systems ein und dieselbe Temperatur herrscht.In Fig. Figure 2 shows an embodiment of a heating system in a very schematic manner, wherein in space 5 two containers 20 are arranged, which with a metal, for example Li, or a mixture are filled from metals. An oxidizing agent, for example SFb. This system works as follows. Through a heating coil 15 heat is first supplied. This allows NIa to evaporate, with the vapor on the walls of the Container 20 condenses, giving off heat. After applying enough heat, the metal will be in the containers 20 be melted. The heating coil 15 is then switched off and the oxidizing agent is over the lines 21 are fed to the containers 20. This oxidizing agent reacts to generate heat the metal. As a result of this generation of heat, Na will evaporate on the walls of the container 20. The steam flows to room 3, where it condenses on the heater. The condensate flows through the capillary structures again 12 and 11 return to the walls of the container 20. This way again is a very good working one Heating system. The Na will again ensure that practically at every point of the System is one and the same temperature.

Es dürfte einleuchten, daß das chemische Erhitzungssystem (Behälter 20, Oxydationsmittelzuführungsleitung 21 usw.) in der Zeichnung auf sehr vereinfachte Weise dargestellt ist, und zwar der Deutlichkeit halber, aber daß andere verwickeitere Systeme auf dieselbe Weise anwendbar sind.It should be understood that the chemical heating system (container 20, oxidant supply line 21 etc.) is shown in the drawing in a very simplified manner, for the sake of clarity, but that other more intricate systems are applicable in the same way.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

20 50 claims:

1. Heating system for supplying heat to a heater of an engine plant in which a medium performs a thermodynamic cycle, such as a hot gas engine, with a heat-transporting medium, which is located in a closed space, in operation of a Evaporation wall evaporates and absorbs heat originating from a heat source

condensed on a condensation wall giving off heat to the heater, the condensate being returned from the condensation wall to the evaporation wall, characterized in that the heat source (14, 20) is arranged within the closed space (3, 4, 5) and the Evaporation wall is formed by wall parts of the heat source.

2. Heating system according to claim 1, characterized in that the heat source (14.20) through one or more containers is formed which are filled with a heat-storing substance, wherein the walls of these containers that remove the heat-retaining substance from the closed space (5) separate, are provided with a capillary structure (11) on their side facing this space (5).

3. Heating system according to claim 1, characterized in that the heat source by a or a plurality of containers (20) is formed which are filled with a metal or a mixture of metals each of these containers (20) with a supply line (21) for metered supply an oxidizing agent is provided, which with heat generation with the metal! or the mixture of metals reacting and being the walls of this container (20) forming a partition with the form closed space, on their side facing this space with a capillary structure (11, 12) are provided

4. Heating system according to claim 2 or 3, characterized in that the container (14, 20) with a primary heating device (15) for the primary, likewise arranged in the closed space (3, 4, 5) Supply of heat to the containers are provided.

5. Heating system according to claim 1. 2, 3 or 4, characterized in that in the closed Space (3, 4, 5) in a known manner a capillary structure (12) for condensate return is. which connects the heater (2) with the heat source (14. 20).