DE2059055A1 - Heissgasmaschine mit einer Waermetransportvorrichtung - Google Patents

Description

PHN.4466 JW/TdV

Dr. Herbert ScfcoJx

Patentanwalt

Äfi.T.eü;.·: N,V.~Ptdlips Gloellarr.penfabriekeD
Akte No. PuU-. 4466

Anmeldung vomt JjQ. UfOV. 19/0

Heiesgasmaschine mit einer WHrmetransportvorrichtung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heiasgaemaschine, vie einen Heli^gaekolbenaotor oder eine HeJiegasturbine, in der ein gasförmiges Medium einen geschlossenen theraodynamiechen Kreislauf durchlauft, mit einem Erhitser, in dem Kreislaufmedium von aussen her Wärme zugeführt bekommt« welche von einer wärmequelle herrührt, insbesondere von einem Wärmespeicher, wobei zwischen der Wärmequelle und dem Erhitzer eine Wärmetransportvorrichtung vorhanden ist, in der sich ein WSrmetransportmedium befindet, das der Wärmequelle unter Uebergang aus der Flüssigkeitsphase in die Dampfphase Wärme entnimmt und dem Erhitzer unter Uebergang aus der Dampfphase in die FlUeeigkeitsphase Wärme abgibt.

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Eine Maschine dieser Art ist aus der niederländischen Patentschrift 58.355 bekannt.

Di© WSrmetransportvorrichtung kann dabei aus mehreren Gründen verwendet sein. So kann es aus räumlichen Erwägungen vorteilhaft sein, die Wärmequelle in einem Abstand vom Erhitzer anzuordnen» beispielsweise bei Fahrzeugen mit einem Heissgasmotor, wobei die Wärme von einem anderswo im Fahrzeug angeordneten aufladbaren Wärmespeicher geliefert wird. Auch kann die Art der Wärmequelle mit sich bringen, dass es erwünscht bzw. notwendig ist, die Maschine in einem Abstand von dieser Quelle anzuordnen z.B. wenn die Wärme von einem Kernreaktor geliefert wird, und die Maschine vor den Gefahren der durch die Kernreaktionen frei werdenden Strahlung usw. geschützt werden ipuss» Weiter können mit Vorteil Wärmetransportvorrichtungen verwendet werden, um die Erhitzer mehrerer Heissgasma-BChinen bzw. die jeweiligen Erhitzer eines Mehrzylinderheisegasmotore mit ein und derselben gemeinsamen Wärmequelle thermisch zu verbinden.

Ein praktisches Problem, namentlich in den obengenannten Fällen, bildet die Unterbrechung des Wärmetransportes von der Wärmequelle zum Erhitzer. Sind beispielsweise mehrere Erhitzer einer oder mehrerer Maschinen über gesonderte Wärmetransportvorrichtungen an dieselbe Wärmequelle angeschlossen und muss der Wärmetransport nach einem dieser Erhitzer unterbrochen werden, beispielsweise weil eine Maschine ausgeschaltet wird, oder weil die Leistung eines Mehrzylinderheisegasmotors durch Ausschaltung eines Zylinders verringert wird, so muss die Lieferung von Wärme durch die Wärmequelle an die

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übrigen Maschinen bzw. Zylinder fortgesetzt werden. Ausschaltung der Wärmeerzeugung, insofern möglich, ist dann nicht erlaubt, ebensowenig wie Entfernung der Wärmequelle. Letzteres stSsst oft auch auf praktische Nachteile, wenn die Wärmequelle ein Wärmespeicher ist, der einen integralen Teil der Wärmetransportvorrichtung bildet.

Die Wärmetransportvorrichtung bildet meistens einen Teil der Maschine, so dass eine Unterbrechung des Wärmetransportes durch Entfernung der Wärmetransportvorrichtung zu einer zeitraubenden und unbequenlichen Demontage führen würde, auch wegen der auftretenden hohen Erhitzertemperaturen, die bei Heisegasmotoren 700 ⁰C überschreiten kb'nnen. Zum Schluss geht auch das Wegschwenken gegenüber der Wärmequelle und/oder Verschieben der Wärmetransportvorrichtung, gegebenenfalls zusammen mit der Maschine, mit grossen praktischen Nachteilen einher.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, eine Heiegasmaschine mit einer Wärmetransportvorrichtung zu schaffen, bei der der Wärmetransport von der Wärmequelle zum Erhitzer auf einfache und schnelle Weise unterbrochen werden kann.

Die erfindungsgemässe Heissgasmaschine weist dazu das Kennzeichen auf, dass die Wärmetransportvorrichtung mindestens zwei in der Wännetransportrichtung hintereinander angeordnete geschlossene und Traneportmedium enthaltende Räume enthält, deren einander abgewandte Enden mit Wärmedurchgangswänäen versehen sind, durch welche Wärme von der Wärmequelle dem Transportmedium zugeführt werden kann bzw· das Transportmedium dem Erhitzer Wärme abgeben kann, wobei die einander zugewandten Enden der genannten Räume weitere Wärmedurch-

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gangswSnde enthalten, zwißchen denen ein Schaltelement vorhanden ist, um die genannten weiteren Wfinde, gegebenenfalls regelbar, thermisch miteinander zu verbinden»

Auf diese Wei6e ist eine Maschine erhalten, bei der der Wärmetransport von der Wärmequelle zum Erhitzer unterbrochen werden kann, indem nur das Schaltelement betStigt wird.

Liegt die Kondensationsstelle eines Raumes auf einem höheren Niveau als die Verdampfungsstelle, so kann der Rücklauf des Kondensates von der Kondensationsstelle zur Verdampfungssteile unter dem Einfluss der Schwerkraft erfolgen. Ist dies nicht der Fall, so kann nach einer günstigen Ausführungsform der erfindungsgemüssen Maschine in jedem Raum eine poröse Materialmasse vorhanden sein, welche die WSrmedurchgangswand mit der weiteren VSrmedurchgangswand verbindet. Durch kapillarwirkung dieser Materialraasse kann ein Rücklauf des Kondensates jetzt auch ohn* Unterstützung der Schwerkraft erfolgen, und sogar entgegen der Federkraft. Dies und jenes bedeutet eine grosse Lagenunabhfingigkeit der Maschine mit WHrmetransportvorrichtung. Bei einer weiteren günstigen Ausführungsform der erfindungsgemSssen Maschine ist das Schaltelement durch einen Behälter gebildet, der zwei BehSlterwSreedurchgangswSnde enthSlt, die je an einer weiteren WSrmedurchgangswand anliegen, oder auch durch eine weitere VSraedurchgangswand gebildet sind, wobei sich im BehSlter ein WSreeträneportaedium befindet, dessen Druck und/oder Menge regelbar ist·

Als WBrnetraneportaedium im BehSlter kann eine Flüssigkeit dienen, die inner in denselben Aggregatzustand bleibt. Eine

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Verringerung der im Behälter vorhandenen Flüssigkeitsmenge ergibt eine Abnahme im Wärmeatrom zwischen den beiden Behälterwärmedurchgangswänden. Der Wärmedurchgang ist gesperrt, wenn die ganze Flüssigkeit aus dem Behälter entfernt ist.

Eine weitere günstige Ausführungsform der erfindungsgemSssen Maschine weist das Kennzeichen auf, dass das WSrmetransportmedium im Behälter Wärme von einer warmen nach einer kalten Behälterwärmedurchgangswand befBrdert unter Uebergang aus der FlÜBsigkeitsin die Dampfphase bei Aufnahme von Wärme aus der warmen BehälterwSrmedurchgangswand und unter Uebergang aus der Dampf- und Flüssigkeitsphase bei Abgabe von Wärme an die kalte Behälterwärmedurchgangswand, wobei ein Hilfsbehälter vorhanden ist mit einem als Flüssigkeitsraum und einem als Dampfraum wirksamen Teil, wobei der Hilfsbehälter über eine sich an den Dampfraum anschliessende Dampfleitung mit dem Behälter in offener Verbindung steht und der Hilfsbehälter Kälte aufnehmen kann aus einer Kältequelle zum Kondensieren und/oder Erstarren de« Traneportmediuras im FlÜseigkeiteraum bzw* Wärme aufnehmen kann aus einer Wärmequelle zum Schmelzen und/oder Verdampfen des Traneportmediume im genannten FlÜseigkeiteraum· Im Betrieb der Maschine kann nur dampffSrmigee Transportmedium vom Behälter nach dem Hilfsbehälter strömen oder umgekehrt. Im Hilfebehälter kondensiex'tes bzw· erstarrtes Transportlied ium wird darin festgehalten und 1st daher für den Wärmetransport zwischen den beiden BehälterwärmedurchgangBwänden nicht mehr verfügbar· Dadurch, dass mehr oder weniger Tranaportmedlum in der Flüselgkeite- und/oder Feststoffphase im Hilfsbehälter gespeichert wird, wird weniger oder mehr Wärmetrans-

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port von der warmen nach der kalten BehHlterwärmedurchgangswand stattfinden.

Abegesehen davon, ist es zum Steigern des Druckes im Behälter, beispielsweise durch Zulassung eines Inertgases unter Druck in den Behälter, möglich, eine Siaiepunkterhb'hung des ^Ij-'ransportmediums zu verursachen und zwar derart, dass der erhöhte Siedepunkt über der Betriebstemperatur der warmen BehSlterwSrmedurchgangswand liegt. Verdampfung des Transportmediums findet dann nicht mehr statt

W und der Wärmetransport zwischen den BehSlterwSrmedurchgangewHnden gelangt zum Stillstand*

Der obengenannte Hilfsbehälter kann nach der Erfindung auch mit dem BehSlter in offener Verbindung stehen und zwar über eine sich an den Plüssigkeitsraum des Hilfsbehälter anschliessende Flüasigkeitsleitung, durch welche Transportmedium vom Hilfsbehälter zum BehSlter strömen kann, wobei in die Flüssigkeitsleitung eine kühlbare Flüssigkeitssperre aufgenommen ist, in der flfiesigee Transportmediua zur Absperrung der Flüssigkeitsleitung erstarren kann.

. Dies bietet den Vorteil, dass aus dem Hilfebehälter zum Behälter zurückführendes TransportmediuB nicht erst verdampft zu werden braucht, sondern in der Flüssigkeitsphase zurückströmen kann. Durch Einfrieren der Flüssigkeitssperre kann dieser Flüssigkeitsstrom derart gestoppt werden, dass die gesamte Menge im Hilfsbehälter kondensierten bzw. erstarrten Traneportnsediuma darin aufbewahrt bleibt.

Bei einer günstigen Ausführungsform der erfindungsgemässen Maschine ist die Flüssigkeitssperre durch wenigstens einen Teil der Flüssigkeitsleitung, in dem sich eine porSae Füllmasse be-

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findet, gebildet.

Eine weitere günstige Ausführungsform der erfindungsgemässen Maschine weist daß Kennzeichen auf, dass im Behälter eine porSse Materialmasse vorhanden ist, welche Masse die ^ehälterwärmedurchgangswände miteinander verbindet. Erfolgt der Wärmetransport im Behälter durch einen Verdampfungs-Kondensationsprozess zwischen den beiden Behälterwärmedurchgangswänden, so kann das an der kälteren Wand kondensierte Transportmedium auch ohne Schwerkraftwirkung oder entgegen Schwerkraftwirkung durch die kapillarwirkung der dazu auf geeignete Weise gewählten porösen Materialmasse leicht zur wärmeren Wand zurückgeführt werden·

%ch der Erfindung können im Behälter Strahlungsschirme zur Verringerung der Wärmeübertragung durch Strahlung zwischen den Behälterwärmedurchgangswäoden angeordnet sein·

Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Wärmetransportvorrichtung, wie diese obenstehend beschrieben wurde· Obschon eich die Transportvorrichtung besonders für Heissgasmaschinen eignet, beschränkt eich ihre Anwendung nicht aueechliesslich darauf·

Aueführungsbeispiele der Erfindung, sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigent

Fig. 1 einen Heiegeeaotor mit Wärmetransportvorrichtung, wobei da» Schaltelement durch eine Flüieigkeitsschicht in einem Behälter zwischen den beiden Räumen gebildet iet,

Fig. 2 und 5 Heieegftsmotore&f bei denen sich in de» als Schaltelement wirksamen Behälter Traneportmediuu befindet, das durch einen Verdampfungt-Kondensationsprosese Wärme transportiert und wp-

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bei der Druck dieses Mediums durch Zu- oder Abfuhr von inertem Gas zum Behälter bzw. vom Behälter geregelt werden kann,

Fig. 4 und 5 eine Darstellung eines Heissgasmotors, bei dem sich in dem als Schaltelement wirksamen Behälter Transportmedium befindet, das über einen Verdampfungs-Kondensationsprozess Wärme transportiert und welches Medium völlig oder teilweise dem Behälter entnommen und in einem mit ihm verbundenen Hilfsbehälter gespeichert werden kann,

Fig. 6a und 6b zwei Heie%asmotoren, die über je eine Wär-

b !!^transportvorrichtung an eine gemeinsame Wärmequelle angeschlossen sind, wobei in jede Transportvorrichtung als Schaltelement ein Behälter aufgenommen ist, in dem sich Transportmedium befindet, das durch einen Verdampfungs-Kondensationsprozess Wärme transportiert und welches Medium völlig oder teilweise in einem Hilfsbehälter gespeichert werden kann.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 der Zylinder eines Heissgasmotors angedeutet und zwar derjenige Teil, in dem sich im Betrieb das Kreislaufmedium immer auf hoher Temperatur befindet. Innerhalb des Zylinders befindet sich ein Verdränger 2, der durch eine Aufwärts bewegung mittels eines mitder1fer.d.rangerstange 3 verbundenen nicht dargestellten Getriebes, warmes Kreislaufmedium aus dem Exp»nsioneraum 4 nach der kalten Seite des Motors verdringen kann. Das Kreislaufmedium geht dabei durch einen Erhitzer 5» einen Regenerator 6,und einen Kühler 7 hindurch. Durch die Wand des Erhitzers 5 hindurch kann von aussen her dem Kreislaufmedium im Expansionsraum 4 Wärme zugeführt werden. Die Wand des Erhitzers ^ bildet eine Wärme-

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durchgangswand 8 eines geschlossenen Raumes 9» de:r einen Teil einer Wärmetransportvorrichtung 10 bildet. Der Raum 9 enthält weiter eine weitere Wärmedurchgangswand 11, und ist weiter gegen die Umgebung thermisch isoliert.

Von der Wärmetransportvorrichtung 10 bildet zugleich ein geschlossener Raum 12 einen Teil, der einerseits eine Wärmedurchgangswand 13» andererseits eine weitere Wärmedurchgangswand 14 enthält und weiter gegen die Umgebung thermisch isoliert ist«

Die anderen Wärmedurchgangswände 11 und I4 bilden zugleich Wärmedurchgangswände eines Behälters 15» der weiter gegen die Umgebung thermisch isoliert ist.

Unter einer WSrmedurchgangswand muss eine Wand mit niedrigem Wärmewiderstand verstanden werden. Dazu gehören nicht nur Wände aus eimern die Wärme gut leitenden Material, sondern auch Wände aus weniger gut wärmeleitenden Materialien, insofern a*n dia WÄiJÄiM aHarke dünn genug wählt.

Die weitere WSraedurchgangswand 13 des Raumes 12 steht mit einer Wärmequelle 16 hoher Temperatur im thermischen Kontakt, welche Quelle beispielsweise eine Wärmespeicher sein kann, in dem latente Wärme und/oder flüssige Wärme gespeichert ist. Der Wärmespeicher kann mit der Wärmedurchgangswand 13 fest verbunden sein oder gegenüber derselben lose angeordnet sein* Ea ist jedoch auch möglich, den Wärmespeicher innerhalb des Räume· 12 anzuordnen; selbstverständlich muse dann die Möglichkeit vorhanden sein, den wärmespeicher nach dem Gebrauch aufβneue aufzuladen* Die Räume 9 und 12 sind beide zum Teil mit einer geeignet gewählten Menge flüssigen Traneport-

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mediums, das beim Temperaturniveau der Wärmequelle verdampfen kann, gefüllt,

PÜr die bei dem Heissgasmotor auftretenden hohen Temperaturen des Erhitzers (etwa 700 ⁰C) kommen als Transportmedium beispieleweise die Metalle Natrium, Kalium, Lithium, Kadmium, Zäsium, Metallsalze wie die Metallhalogene Zinkchlorid, Aluminiumbromid, Kadmiumjodid, Kalzium,}odid, Zinkbromid oder Gemische derselben in Betracht· Weiter kommen in Betracht Nitrate, Nitrite oder Gemische

™ derselben.

Im Behälter 15 befindet sich eine Flüssigkeit, die eine wärmeleitende Verbindung zwischen den weiteren WSrmedurchgangswänden 11 und 14 bildet. Im Betrieb des Heissgasmotors bleibt die FlüssigkeitsBchicht in der Plüeeigkeitsphase. Ihre Wahl kann durch die nach der Temperatur des Erhitzers bzw. der Wärmequelle bestimmte Wahl des Transportediums in den Räumen 9 und 12 bestimmt werden. ι An den Behälter 15 schliesst sich eine Flüssigkeitszufuhr 17 und eine Flüssigkeiteabfuhr 18 an· Thermische Ausdehnung der übrigens geringen Flüesigkeitsmenge im Behälter 15 lässt sich dadurch ausgleichen, dass die Flüssigkeitszufuhr 17 an ein Expansionsgefäes angeschlossen ist, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist*

Die Wirkungeweise der Vorrichtung ist folgende» Die Wärmequelle 16 liefert durch die Wärmedurchgangswand 13 hindurch dem im Raum 12 auf der genannten Wand befindlichen flüssigen Transportmediua Wärme· Dieses Traneportmediua berdampft und bewegt sich nach der weiteren WSnoedurchgangswand 14 infolge des dort herrschenden niedrigen Dampfdrucks wegen der verhältnisaässig niedrigen Temperatur

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an dieser Stelle. Der Dampftransport ist durch gestrichelte Pfeile angegeben. Danach kondensiert der Dampf an der weiteren Wärmedurchgangswand 14 unter Abgabe dieser Verdampfungswärme an dieser Wand. Unter dem Einfluss der Schwerkraft strBmt das Kondensat zur Wärme-

durchgangswand 13 zurück um dort aufsneue verdampft zu werden. Der Kondensattransport ist durch gezogene Pfeile angegeben. Die durch die weitere Wärraedurchgangswand 14 aufgenommene Wärme strömt durch die Plüssigkeitsschicht in den Behälter 15 und durch eine weitere VSrmedurchgangswand 11 nach dem Raum $ und lässt flüssiges ^ransportmedium, das sich in diesem Raum auf der weiteren Wärmedurchgangswand 11 befindet, verdampfen. Der Verdampfunge-KondensationsprozeeB der innerhalb des Raumes $ stattfindet, entspricht dem Prozess im Raum 12. Die Verdampfungswärme, die durch Kondensation des Transportmediums an der Wärmedurchgangswand 8 frei wird, geht nun durch diese Wand nach dem Kreislaufmedium im Expansionsraum 4 zum Ausgleich der während der Expansion des Kreislaufmediums in mechanische Energie umgewandelten kalorischen Energie und ebenfalls zum Ausgleich der normalen kalorischen V-erluste.

Muss der Wärmetransport von der Wärmequelle 16 nach dem Erhitzer 5 unterbrochen werden, beispielsweise weil der Motor ausgeschaltet wird, so kann dies auf einfache Weise dadurch erfolgen, dass die Flüssigkeit aus dem Behälter 15 über die Flussigkeitaabfuhr 18 entfernt und der Behälter 15 weiter gegebenenfalls evakuiert wird. Auch wenn die Wärmequelle 16 nach wie vor Wärme liefert, beispielsweise wenn diese Wärmequelle ein Wärmespeicher ist, kann die gelieferte Wärae dennoch den Erhitzer 5 nicht erreichen. Die einzige Folge ist dann nSalich, dass nur innerhalb des Raumes 12 ein Ver-

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dampfungs-Kondensationsprozess erfolgt, bis der Dampfdruck in dem an die weitere WSrmedurchgangswand 14 grenzenden Teil des Raumes 12 dem Dampfdruck bei der WSrmedurchgangswand I3 entspricht, welcher letztere durch die Temperatur der Wärmequelle 16 bestimmt wird· SelbstverstSndlich muss der Kaum 12 in konstruktiver Hinsicht derart ausgebildet sein, dass die WSnde dieses Raumes dem in diesem Fall auftretenden maximalen Dampfdruck wiederstehen kennen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung wird immer

fc noch etwas WSrme aus dem Raum 12 nach dem Raum 9 weglecken und zwar infolge von WSrmestrahlung von der weiteren WSrmedurchgangswand I4 nach der weiteren WSrmedurchgangswand 11. Dies lSsst sich im allgemeinen durch Anordnung von Strahlungsschirmen im BehSlter vermeidenf welche Schirme den Durchgang der Strahlungswärme sperren.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung sind entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen angedeutet wie in Fig.1. Im BehSlter I5 sind Strahlungsschirme I9 angeordnet, die vermeiden, dass von der weiteren WSrmedurchgangswand I4 herrührende StrahlungswSrme die weitere WSrmedurchgangswand 11 erreicht. Der BehSlter 15 ist hier teilweise mit flüssigem Transportmedium gefüllt.

Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung weicht nur insofern von der -nach Fig. 1 ab, dass im Betrieb durch die weitere WSrmedurchgangswand I4 dem BehSlter 15 zugeführte WSrme flüssiges Transportmediura in diesem BehSlter verdampfen lSsst. Der gebildete Dampf bewegt eich nach dem Gebiet niedrigen Dampfdrucks und zwar bei der verhSltnismSssig kalten weiteren WSrmedurchgangswand-11, kondensiert an dieser Wand unter Abgabe an derselben der frei werdenden Kondensationewärme und flieset unter dem Einfluss der Schwerkraftkoaponente

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über den Hang äes Behälters als Flüssigkeit zur weiteren WKrmedurchgangswand 14 zurück, wo diese Flüssigkeit aufsneue verdampft. An den Behälter schliesst eich eine Leitung 20 an, in die ein Hahn 21 aufgenommen ist, der den Behälter 15 entweder mit einer Gasflasche 22, in dem sich ein inertee Gas unter Druck befindet, oder mit einer
Pumpvorrichtung 23 verbinden kann. Zwischen dem Hahn 21 und der Gasflasche 22 ist ein Druckreduzierventil 24 vorhanden und zwischen dem Hahn 21 und der Pumpvorrichtung 23 eine Dampffalle 25 für '"ranBportmedium.

Muss der Wärmetransport von der Wärmequelle 1£ -nach de» Erhitzer 5 unterbrochen werden, so wird inertes Gas aus der Gasflasche 22 dem Behälter 15 zugeführt. Der Druck des inerten Gases
bringt eine derartige Siedepunkterhöhung des Transportmediums im Behälter 15 mit sich, dass der neue Siedepunkt über der Temperatur der weiteren Wärmedurchgangswand 14 liegen wird· Die Verdampfung flüssigen Traneportmediums im Behälter hört dann auf, und dadurch auch der Wärmetransport von der weiteren Wärmeduechgangswand 14 nach der weiteren Wärmedurchgängewand 11.

Wenn dieser Wärmetransport wiederhergestellt werden muss, wird der Behälter 15 mit der Pumpvorrichtung 23 verbunden, die das
inerte Gae aus dem Behälter 15 wegpumpt. Gegebenenfalls mit dem inerten Gas mitgeführter Transportmediumdampf kann in der Dampffalle
25 durch Kühlung kondensieren uüd darin festgehalten werden·

Selbstverständlich sind auch andere Formen und Anordnungen, wie beispielsweise die nach Fig. 1 möglich, solange nur dafür
gesorgt wird, dass Kondensat nach der Stelle, wo Verdampfung statt-

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findet, zurückfHessen kann*

Fig, 3 zeigt eine Vorrichtung, die in grossen Zügen der nach Pig. 2 entspricht. Die entsprechend*Teile sind daher dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 2 verwendet. Die Vorrichtung nach Fig. 3
unterscheidet sich im wesentlichen von der nach Fig. 2 nur durch das Vorhandensein poröser Materialmassen 26, 27 und 28 an den Innenwänden des Raumes 9» des Behälters 15 bzw. des Raumes 12. Diese porösen Materialmassen haben eine derartige Kapillare "taxktur, dass sich unter
Verwendung der Oberflächenspannung des flüssigen Transportmediums im betreffenden Raum bzw. im betreffenden Behälter in der gegebenen Betriebslage des Raumes bzw. des BehSlters imstande sind, durch Kapillarwirkung Kondensat, das auf der verhSltnismSssig kalten WSrmedurchgangswand bzw. der weiteren Wärmedurchgangswand des Raumes bzw. des BehSlters gebildet ist, nach der verhSltnismSssig warmen WSrmedurchgangswand bzw. der weiteren Wärmedurchgangswand dieses Raumes bzw.
dieses BehMltera zurückzuführen.

Auf diese Weise ist eine Zurückführung von Kondensat
möglich ohne Verwendung der Beschleunigung der Schwerkraft bzw. beim Fehlen dieser Beschleunigung ja sogar entgegen dieser Beschleunigung. DieB gibt eine grosse Freiheit bei der Anordnung dee Heissgasaotors

und bei der Anordnung bzw. Konstruktion der unterschiedlichen Teile der WSrmetransportvorrichtung.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 3» wobei die WSrmetransportvorrichtung in einer horizontalen Ebene angeordnet ist, erfolgt, trots der horizontalen Lage dennoch eine Zurückführung von Kondensat. Im Raum 12 erfolgt dies dadurch, dass an der Stelle der weiteren

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Wttrmedurchgangswand 14 gebildetes Kondensat durch die poröse Materialmasse 28 aufgenommen wird, welche Hasse durch kapillarwirkung das Kondensat nach der WMrmedurchgangswand 13 transportiert.

Auf Shnliche Weise findet im BehSlter 15 Kondensattransport von der weiteren Wärmedurchgangswand 11 nach der weiteren WSrmedurchgangswand 14 statt durch die poröse Materialmasse 27 und im Raum 9 von der WSrmedurchgangswand 8 nach der weiteren WSrmedurehgengswand 11 durch die poröse Materialmasse 26.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig, 3 entspricht weiter der nach Pig· 2 und wird daher nicht weiter beschrieben.

Die poröse Materialmasse kann beispielsweise durch keramische Materialien, durch draht- oder bandförmiges Material aus Metallen oder Metallegierungen oder durch eine Anordnung von Röhrchen u.dgl. gebildet sein. Die Wahl ist u.a. von dem gewählten Transportmedium und von den auftretenden Temperaturen im Betrieb der Vorrichtung abhängig.

In Pig. 4 ist ein Heissgasmotor mit WSrrnetransportvorrichtung zwischen dem Erhitzer und der wärmequelle dargestellt, der gegenüber dem nach Fig. 3 sich darin unterscheidet, dass der BehSlter 15 im vorliegenden Fall über eine Dampfleitung 29 mit einem Hilfsbehälter 30 in offener Verbindung steht, um welchen Behälter eine Heizspirale 31 und eine Ktihlepirale 31* angeordnet sind. Musb der WSrmetransport zwischen der Wärmequelle 16 und dem Erhitzer 5 unterbrochen werden, eo erfolgt dies durch Kühlung des HilfebehSlters 30. Infolge der dann ia Hilfsbehälter herrschenden niedrigen Temperatur wird dampfförmiges Transportediun aus des Behälter 15 durch die Dampfleitung 29 nach des Hilfsbehälter strömen und darin kondensieren oder sogar erstarren· Auf diese Weise ist es BÖglich, die ganse Menge Transport- ■ediu» de« BehSlter 15 *u entnehmen und ia Hilfsbehälter 30 su speich-

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chern. Beim Fehlen von Transportmedium im Behälter 15 ist dann der Wärmedurchgang gesperrt. Ist eine Wiederherstellung des Wärmedurchganges notwendig, so wird dem Hilfsbehälter 30 WSrme zugeführt, was hier mit Hilfe der Heizspirale 3I erfolgt, so dass Transportmedium aus dem Hilfsbehälter 30 verdampft und zum BehSlter 15 zurückfliesst, und zwar über die Dampfleitung 29· Zur Aufrechterhaltung des wiederhergestellten Wärmedurchganges muss weiter dem Hilfsbehälter 30 immer eine, sei es verhältnismässig geringe Wärmemenge, zugeführt werden, ρ um zu vermeiden, dass die Temperatur und damit der Dampfdruck innerhalb des Hilfsbehälter dem Dampfdruck bei der weiteren Wärmedurchgangewand 11 unterschreiten wird. Dies könnte dazu führen, dass Transportmediumdampf von der weiteren Wärmedurchgangswand I4 zum Hilfsbehälter 30 strömt und darin kondensiert anstelle nach der weiteren Wärmedurchgangswand 11 zu strömen und dort zu kondensieren.

Bei der in ^Fig. 4 dargestellten Vorrichtung muss im Hilfsbehälter 50 kondensiertes bzw. erstarrtes Medium zunächst verdampft werden, bevor eine Zurückführung zum Behälter 15 möglich ist, und muss im Betrieb der Behälter 30 warm gehalten werden.

Dies ist nicht der Fall bei der Vorrichtung nach Fig. 5t die in grossen Zügen der nach Fig. 4 entspricht, bei der jedoch zugleich eine Flüssigkeitsleitung 32 vorhanden ist, die sich einerseits an denjenigen Teil des Hilfebehälters 3I anschliesst, in dem flüssiges bzw. erstarrtes ^ransportmedium aufbewahrt werden kann, und sich andererseits an dem Behälter 15 anschliesst. In der Flüssigkeitsleitung 32 befindet sich eine poröse Füllmasse 33t die dazu beitragt, die

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PlÜ3sigkeitBleitung 32 zugleich als Flüssigkeitssperre verwenden zu können. Die Flüssigkeitsleitung 32 ist dazu kühlbar und kann alt Hilfe der Heizspirale 31, die sich nun nicht nur um den Hilfsbehälter befindet sondern sich auch um die Flüssigkeitsleitung 32 erstreckt, erwSrmt werden.

Zur Unterbrechung des WSrmetransportes zwischen der

Wärmequelle 16 und dem Erhitzer 5 werden der Hilfsbehälter 30 und die Flüssigkeitsleitung 32 gekühlt. Dadurch erfolgt wieder ein Transport von Transportmediumdampf vom Behälter 15 durch die Dampfleitung 29 zum Hilfsbehälter 30. Dieeer Dampf wird im Hilfsbehälter kondensiert und erstarrt. Dies erfolgt solange, bis der Behälter 15 trocken und der Wärmedurchgang in diesem Behälter daher gesperrt ist.

Durch Kapillarwirkung der porösen Füllmasse 33 ^{ist d}*^e Flüssigkeitsleitung 32 völlig mit Flüssigkeit gefüllt. Dadurch wird vermieden, dass Transportmediumdampf aus dem Behälter 15 in die Flüssigkeitsleitung 32 hineindringt, was durch den grossen Wärmeinhalt dieses Dampfes eine Erstarrung unmöglich machen würde.

Die poröse Füllmasse 53 spielt beim Erstarrungsprozess zugleich die Itolle eines Strömungewiderstandes, der dafür Borgt, dans flüasigeB Traneportmedium sich nur mit verhältnlamässlg geringer Geschwindigkeit durch die Flüssigkeitsleitung 32 verschieben kann und gerade wegen diese geringen Geschwindigkeit eino Erstnrrung der FIUbralgkelt In dor Flüssigkeitsleitung 52 extra leicht macht» Der Durchgang iBfc dann gesperrt, no dass dann zugleich leicht «in« Kr«barrung dos flUnsLgun Traneportme-dlumo im Hilfsbehälter* '.'> stattfinden k.inn.

s tει t es auch ohne poröa« Füllmafni»

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eine Erstarrung der Flüssigkeit in der PlUssigkeitsIeLtung 32 zu bewerkstelligen, beispielsweise dadurch, dass ein Teil der Flüssigkeitsleitung als Kurvenstück ausgebildet wird, dae mit Flüssigkeit gefüllt ist, und dass dieses Kurvenstück gekühlt wird.

Muss der Wärmedurchgang wiederhergestoi 1fc werden, so

wird mit Hilfe der Heizspirale 31 das feste ^'ransportmedlum im Hilfsbehälter 30 und in der Flüssigkeitsleitung }2 geschmolzen. Durch Kapil- ^ larwirkung der porösen Füllmasse 33 und in diesem Fall auch unter dem

EinflufJB der Schwerkraft gelangt nun flüssiges ^ransportmodium aus dem Hilfsbehälter 30 über die Flüssigkeitsleitung 32 in die poröse-Materialmasse 57 des Behältern 15 und bewegt sich zur weiteren WHrmedurohgangswand 14» wo e.s vordampft wird. Der Verdampfungg-Kond(Ji3fttioii3prozess innerhalb des Behälters 15 und damit der Wärmedurchgang sind dann wiederherges teilt.

Die weitere Wirkung dieser Vorrichtung entspricht der der Vorrichtung nach Flg. 4,

In Fig. 6a und 6b sind Vorrichtungen dargc?a teilt, bei

' denen zwei Hoisügasmotoren über Jo eine WKr::ie trannpor ^'/orrichturii; an

nur «Ine gemeinsame Wärmequelle angeschlossen «lud,

Da die Konstruktion und Wirkungsweise der Ln FLg. 6a darauf! teilten WUrmetransportvorrlchtung der nach Flg. '] entspricht, kann man uuf ulno Boochroibung dersoiben verlieh lan, Fi'n· entiiprochende T)LLo fiLnd dlnriolbon Vfirzugaznlchon ulu In FIg, S vit./hii.Iu t. Mit dor daraus to L L ton Vorrlohtuntj lab im auf oLrifnohi) V/t.» ί ·> mBfjlluh, d»n WKrm» trnnnport von ilui' Uitrmequ»! Io Ib natih vIimh i'.! rhi L-. 1 · Ln*>B f [ -:»I fj ü f.;a.u i'> t π πι odor imuh h-n iiihlhitu' dor luddfu H·· I .-7,-'IuI,- >>; ·ί ίι ιιη;·ίι ίίαπιιιΊι

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zu unierbrechen bzw. wiederherzustellen. li«entlich ist dies von Bedeutung, wenn die Wärmequelle ein Wärmespeicher ist, der ja den Räumen 12 ständig WRrrae liefert. Durch Unterbrechung des Wärmetransportes vom Raum 12 zum Raum 9 bei einer Wärmetransportvorrichtung mit Hilfe des Behälters 15 entsteht dann ein thermisches Gleichgewicht zwischen dem Wärmespeicher 16 und dem betreffenden Raum 12.

Die in Fig. 6b dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich von der nach Fig. 6a nur darin, dass die beiden Wärmetransportvorrichtungen einen gemeinsamen Raum 12 enthalten mit nur einer gemeinsamen Wärmedurchgangswand 13i durch welche Wärme von der Wgrmequelle 16 dem Transportmedium innerhalb des Raumes 12 zugeführt werden kann. An der Stelle der WSrmedurchgangswand 13 im Raum 12 verdampftes ^Transportmedium strömt-nun nach beiden Seiten zu den beiden weiteren Wärmedurchgangs wSnde 14 des Raumes 12 um dort an diesen Wänden unter Abgabe der Kondensationswärme zu kondensieren. Das Kondensat wird durch die Kapillarwirkung der dazu geeignet gewählten porösen Materialmasse 28 wieder zur Wärmedurchgangswand 13 zurückgeführt um dort aufs neue verdampft zu werden.

Eine Unterbrechung bzw. eine Wiederherstellung des Wärme transportes von der Wärmequelle 16 nach einem oder beiden Erhitzern erfolgt auf dieselbe Weise wie bei Fig. 5 beschrieben wurde.

Bei den in den Figuren A₁ 5 und 6 dargestellten Vorrichtungen kann als Schaltelement beispielsweise auch ein Behälter verwendet werden, der mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, die eine wärmeleitende Schicht zwischen den weiteren WärnedurchgangswSnden 11 und 14 bildet. Eine Regelung des Flüssigkeitspegel führt dann zu einer Regelung der wSrmedurchlfissigen Oberfläche und damit des Wärmedurch-

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ganges.

Bei den in der Zeichnung dargestellten Vorrichtungen bilden die weiteren WSrmedurchgangswfinde der Räume 9 und 12 zugleich die WSrmedurchgangswände des Behälters 15· Es ist selbstverständlich auch möglich, dass der Behälter eigene Wärmedurchgangswände enthält, die dann an den weiteren Wärmedurchgangswänden der Räume 9 und 12 anliegen»

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Claims (1)

1. Patentansprüche ι
   f1· ) Heissgasmaschine, vie ein Heissgaskolbenmotor oder eine

   Heissgasturbine, in der ein gasförmiges Medium einen geschlossenen, thermodynamischen Kreislauf durchläuft, mit einem Erhitzer, in dem Kreislaufmedium von aussen her Wgrme zugeführt bekommt, die von einer Wärmequelle, insbesondere von einem Wärmespeicher herrührt, wobei zwischen der Wärmequelle und dem Erhitzer eine Wärmetransportvorrichtung vorhanden ist, in der sich ein Wärmetransportmedium befindet, das der Wärmequelle unter Uebergang aus der Flüssigkeitsphase in die Dampfphase Wgrme entnimmt und dem Erhitzer unter Uebergang aus der Dampf- in die Flüssigkeitsphase Wgrme abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Wgrmetransportvorrichtung mindestens zwei in der Wärmetransportrichtung hintereinander angeordnete geschlossene und ^Aransportmedium enthaltende Räume enthält, deren einander abgewandte Enden mit Wärmedurchgangswände versehen sind, durch welche Wärme von der Wärmequelle dem Transportmedium zugeführt werden kann bzw, das ^ransportmedium dem Erhitzer Wärme abgeben kann, wobei die einander zugewandten Enden der genannten Räume weitere Wärmedurchgangswände enthalten, zwischen denen ein Schaltelement vorhanden ist, um die genannten weiteren Wände, gegebenenfalls regelbar, thermisch miteinander zu verbinden.

   2. Maschine naoh Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, dass in jedem Raum eine poröse Materialmaese vorhanden ist, welche die Wärmedurchgangewand mit der weiteren Wärmedurchgangswand verbindet. 3· Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

   dass das Schaltelement durch einen BehKlter gebildet ist, der zwei BeheiterwIrHedurchgangewInde enthält, die je an einer weiteren Wärme-

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   durchgangswand anliegen, oder auch durch eine weitere Wärmedurchgangswand gebildet sind, wobei sich im Behälter ein Wärmetransportmedium befindet, dessen Druck und/oder Menge regelbar ist.

   4. Maschine nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass

   das Wärmetransportmedium im Behälter Wärme von einer warmen nach einer kalten Behälterwärmedurchgangswand transportiert unter üebergang aus der Flüssigkeitsphase in die Dampfphase bei Aufnahme von Wärme aus der warmen Behälterwärmedurchgangswand und unter Üebergang aus der Dampfin die Flüssigkeitsphase bei Abgabe von Wärme an die kalte Behälterwärmedurchgangswand, wobei ein Hilfsbehälter vorhanden ist mit einem als Flüssigkeitsraum und einem als Dampfraum wirksamen Teil, wobei der Hilfsbehälter über eine sich an den Dampfraum anschliessende Dampfleitung mit dem Behälter in offener Verbindung steht und der Hilfsbehälter Kälte aufnehmen kann aus einer Kältequelle zum Kondensieren und/ oder Erstarren des Traneportmediums im Flüssigkeitsraum bzw. aus einer Wärmequelle zum Schmelzen und/oder Verdampfern dee Transportmediums im genannten Flüssigkeitsraum Wärme aufnehmen kann·

   5· Maschine nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, dass

   der Hilfsbehälter zugleich mit dem Behälter in offener Verbindung steht und zwar über eine sich an den Flüssigkeitsraum des Hilfsbehälters anschliessende Flüssigkeitsleitung, durch welche flüssiges Transportmedium vom Hilfsbehälter zum Behälter strömen kann, wobei in die Flüssigkeitsleitung eine kühlbare Flüssigkeitssperre aufgenommen ist, in der flüssiges Transportmedium zum Sperren der Flüssigkeitsleitung erstarren kann.

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   ORfGlMAL INSPECTED

   6. Maschine nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitssperre durch wenigstens einen Teil der Flüssigkeitsleitung, in dem sich eine porSse Füllmasse befindet, gebildet ist.

   7. Maschine nach Anspruch 3f 4ι 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Behälter eine poröse Materialmasse vorhanden ist, welche Masse die Behälterwärmedurchgangswände miteinander verbindet.

   8. Maschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 - 7t dadurch gekennzeichnet, dass im Behälter Strahlungsschirme angeordnet sind, um eine Wärmeübertragung durch Strahlung zwischen den Behälterwärmedurchgangswänden zu vermeiden.

   9. Wärmetransportvorrichtung, die sich zum Transportieren von Wärme von einer Wärmequelle nach einer zu erwärmenden Stelle eignet, insbesondere von einer Wärmequelle nach dem Erhitzer einer Heissgasmaschine, wobei sich in der Transportvorrichtung ein Wärmetransportmedium befindet, das der Wärmequelle unter üebergang aus der Flüssigkeitsphase in die Dampfphase Wärme entnimmt, und das der zu erwärmenden Stelle unter Üebergang aus der Dampf- in die Flüssigkeitsphase Wärme abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens zwei in Wärmetransportriehtung hintereinander angeordnete geschlossene und Transportmedium enthaltende Räume enthält, deren einander abgewandte Enden mit Wärmedurchgangswänden versehen sind, durch welche Wärme von der Wärmequelle dem Transportmedium zugeführt werden kann, bzw» das ^ransportmedium der zu erwärmenden Stelle Wärme abgeben kann, wobei die einander zugewandten Enden der genannten Bäume weitere Wärmedurchgangswände enthalten, zwischen denen ein Schaltelement vorhanden ist, um die genannten weiteren Wände, gegebenenfalls regelbar,

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   thorminch miteinander zu verbinden«

   10. Vorrichtung naoli,Anspruch y, dadurch nekennzei ohne! , das« in jedem Kaum eine poröne. Ilaterialraanne vorhanden int, ve lehn die V/i 3 inp(iin'oli₍-;aiii'B ?tnd mit der weiteren Wa'rmedurehgan.THwand vorbindet.

   11, Vorrichtung nach Anspruch 9 "der 10_e dadurch <;e.k< nnrei rh~ nei , das;« dan ijcha] t dornen! durch eine-η Bohfllter /('bildet int, der ι-Λ.τ-i Hclifi] t o] wärmedun -h^angf wa'ndo «nthHM, din an je r-incr w«i!eron

   Wi': !"edurcliii.'m/'i'v and i'-v J i '-('''1I₅ oder aucli durrJ. <2ine weiter« Wfirmoduroh- ^ C.m.{'.r wnufl ^(.-Vildrf : i nd, wobei £3ich im Behülter ein W?ürinetrnnR]>ortme-

   diuii bei'indet, (!(.·ρ:τ;ι Druck und/oder llcn^c re^nllinr i:it, 1 ?, Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch (fekenn^ei ebnet ,

   diU3B dm- Wüjnict ranp]'ortined j um d πι Beha'Qter V.'ärne von einer warmen nach ι ine!' halten Pehältv-x\--H)Tiedurchßan^swaiid trnn»]>orti<ⁱrt unter Uebergang out der Flürni ßV. ei t r·- in die Dampfphase bei Aufnahme von Wa'rme aus der vnni/cii PeIiH] t ea'vKri'iediirclifjßngswand und unter Uebergaiifr "ur- der Dnrapf-311 die J'']üf3Fi i5l-'⁷i t ,s] )i'i-:< bei Abgabe, von Wärme an der kaJten Helia'ltrrv'H']'.'iipdnrc]ipan{·: uiijid _t w >bei tin Hi ] fpbehSü t ί r va-lianden i;-t rii t eiiu.'ia alf F l^;icf;i (■] <■ i t ί ■ rauni uu<] einem aln ünmj'i'raun. vi rknnnen Teil, vobei der " i:i ] ί'πίχϊΐιίί] t er ί;Ι·.-ΐ' ι ine. rich (in den ])ainj>i räum annnlili esnende Dampf-

   If'itu'i/ vt i 1 '.'.ι:.) Jif'hii! "¹J in offener V"rbinduü^ stellt, und der Hilfr-""lin]1(T CJrK-) YUj 1 π ;ih j 1 (·· zum Kondensieren und/od^r Jlrntarren de:- Tran'-j:<Tti!ied ^!ii<M: im M Π ί< π i ;>,]■:-ei t .»raum KHl te Ruf'iir-hinen lnnn_f t)2.w. einer λ¹?·) liii· i'j!¹ 1' ?v:n ;ii Li-,< J'.(ji und/oder Verdampfen dm? Trnni;j;ortinediuiaE im ί''··.:'-ί\·;11 ], ]'] iiun ,Υ' i 1 βγηιιπι Wa'rme fiufnehmi υ l:«nn.

   H₁ V rii : ¹ · ;.· nf'(.'h Aiif-ijrv'.'h 1'?, Hndurrh gekennzeichnet,

   ■ !;■·: ^: ; . ■ ·· :^; . ,-..!ι -ii5t d'-r. Ui-h'·. ii.i in "f ί πκ r Verbi iuluji,

   ' '- 7 ■' ί! ^ 1 ^fii

   BAD ORIGINAL

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   steht und zwar über eine sich an den Flüssigkeitsraum des HilfsbehSlters anschliessende Flüssigkeitsleitung, durch welche flüssiges Transportmedium vom Hilfsbehälter zum BehSlter fliessen kann» wobei in die Flüssigkeitsleitung eine kühlbare Flüssigkeitssperre aufgenommen ist, in der flüssigesTranspcrtmediun zum Sperren der Flüssigkeitsleitung erstarren kann.

   14. Vorrichtung nach Anspruch 15* dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitssperre durch wenigstens einen Teil der Flüssigkeitsleitung, in den sich eine poröse Füllmasse befindet, gebildet ist.

   15· Vorrichtung nach Anspruch 11, 12, 13 oder 14» dadurch gekennzeichnet, dass ia BehSlter eine porBee Materialmasse vorhanden ist, welche Hasse die BehflterwIraedurchgangsvBnde miteinander verbindet. 16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 -

   15, dadurch gekennzeichnet, dass im Behllter StrahlungMchirm· angeordnet sind üb eine WlreeÜbertragung durch Strahlung «wischen den BentlterwSrnedurchgang«winden zu vermeiden·

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