DE2059055B2 - Heissgasmaschine mit einer waermetransportvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heißgasmaschine, wie einen Heißgaskolbenmotor oder eine Heißgasturbine, in der ein gasförmiges Medium einen geschlossenen thermodynamischen Kreislauf durchläuft, mit einem Erhitzer, erfindungsgemäße 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 Wärmetransportmedium befindet, das der Wärmequelle unter Übergang aus der Flüssigkeitsphase in die Dampfphase Wärme entnimmt und dem Erhitzer unter Übergang aus der Dampfphase in die Flüssigkeitsphase Wärme abgibt

Eine Maschine dieser Art ist aus der NL-PS 58 355 bekannt.

Die Wärmetransportvorrichtung 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 muß. Weiter können mit Vorteil Wärmetransportvorrichtungen verwendet werden, um die Erhitzer mehrerer Heißgasmaschinen bzw. die jeweiligen Erhitzer eines Mehrzylinderheißgasmotors mit ein und derselben gemeinsamen Wärmequelle thermisch zu verbinden.

Ein praktisches Problem, namentlich in den obengenannten Fällen, bildet die Unterbrechung des Wärmetransports von der Wärmequelle zum

Frhitzer. Sind beispielsweise mehrere Erhitzer einer oder mehrerer Maschinen über gesonderte Wärmetransportvorrichtungen an dieselbe Wärmequelle angeschlossen und muß der Wärmetransnort nach einem dieser Erhitzer unterbrochen werden, beispielsweise weil eine Maschine ausgeschaltet wird, oder weil die Leistung eines Mehrzylinderheißgasmotors durch Ausschaltung eines Zylinders verringert wird, so muß die Lieferung voa Wärme durch die Wärmequelle an die übrigen Maschinen bzw. Zylinder fortgesetzt werden. Ausschaltung der Wärmeerzeugung, insofern möglich, ist dann nicht erlaubt, ebensowenig wie Entfernung der Wärmequelle. Letzteres stößt oft auch auf praktische Nachteile, wenn die Wärmequelle ein Wärmespeicher ist, der einen integralen Teil der Wärmetransportvor richtung bildet

Die Wärmetransportvorrichtung bildet meistens einen Teil der Maschine, so daß eine Unterbrechung des Wärmetransportes durch Entfernung der Wärmetransportvorrichtung zu einer zeitraubenden und unbequemliehen Demontage führen würde, auch wegen der auftretenden hohen Erhitzertemperaturen, die bei Heißgasmotoren 700° C überschreiten können. Zum Schluß geht auch das Wegschwenken gegenüber der Wärmequelle und/oder Verschieben der Wärmetransportvorrichtung, gegebenenfalls zusammen mit der Maschine, mit großen praktischen Nachteilen einher.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heißgasmaschine 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 Wärmetransportrichtung 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 Transportmedium 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, gegebenfalls regelbar, thermisch miteinander zu verbinden.

Auf diese Weise ist eine Maschine erhalten, bei der der Wärmetransport von der Wärmequelle zum Erhitzer unterbrochen werden kann, indem m>r das Schaltelement betätigt wird.

Liegt die Kondensationsstelle eines Raums auf einem höheren Niveau als die Verdampfungsstelle, so kann der Rücklauf des Kondensates von der Kondensationsstelte zur Verdampfungsstelle unter dem Einfluß der Schwerkraft erfolgen. Ist dies nicht der Fall, so kann narh einer günstigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine in jedem Raum eine poröse Materialmasse vorhanden sein, welche die Wärmedurchgangswand mit der weiteren Wärmedurchgangswand verbindet. Durch Kapillarwirkung dieser Materialmasse kann ein Rücklauf des Kondensats jetzt auch ohne Unterstützung der Schwerkraft erfolgen, und sogar entgegen der Federkraft. Dies und jenes bedeutet eine große Lagenunabhängigkeit der Maschine mit Wärmetransportvorrichtung. Bei einer weiteren günstigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine ist das Schaltelement durch einen Behälter gebildet, der zwei Behälterwärmedurchgangswände enthält, die je an einer weiteren Wärmedurchgangswand anliegen, oder auch durch eine weitere Wärmedurchgangswand gebildet sind, wobei sich im Behälter ein Wärmetransportmedium befindet, dessen Druck und/oder Menge regelbar ist

Als Wärmetransportmedium im Behälter kann eine Flüssigkeit dienen, die immer in demselben Aggregatzustand bleibt Eine Verringerung der im Behälter vorhandenen Flüssigkeitsmenge ergibt eine Abnahme im Wärmestrom zwischen den beiden Behälterwärmedurchgangswänden. Der Wärmedurchgang ist gesperrt wenn die ganze Flüssigkeit aus dem Behälter entfernt ist

Eine weitere günstige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine weist das Kennzeichen auf, daß das Wärmetransportmedium im Behälter Wärme von einer warmen nach einer kalten Behälterwärmedurchgangswand befördert unter Übergang aus der Flüssigkeits- in die Dampfphase bei Aufnahme von Wärme aus der warmen Behälterwärmedurchgangswand und unter Übergang aus der Dampf- und Flüssigkeitsphase bei Abgabe von Wärme an die kalte Behälterwärmeaurchgangswand, 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 aus einer Kältequelle zum Kondensieren und/oder Erstarren des Transportmediums im Flüssigkeitsraum Kälte aufnehmen kann, bzw. aus einer Wärmequelle zum Schmelzen und/oder Verdampfen des Transportmediums im genannten Flüssigkeitsraum Wärme aufnehmen kann. Im Betrieb der Maschine kann nur dampfförmiges Transportmedium vom Behälter nach dem Hilfsbehälter strömen oder umgekehrt Im Hilfsbehälter kondensiertes bzw. erstarrtes Transportmedium wird darin festgehalten und ist daher für den Wärmetransport zwischen den beiden Behälterwärmedurchgangswänden nicht mehr verfügbar. Dadurch, daß mehr oder weniger Transportmedium in der Früssigkeits- und/oder Feststoffphase im Hilfsbehälter gespeichert wird, wird weniger oder mehr Wärmetransport von der warmen nach der kalten Behälterwärmedurchgangswand stattfinden.

Abgesehen davon, ist es zum Steigern des Drucks im Behälter, beispielsweise durch Zulassung eines Inertgases unter Druck in den Behälter, möglich, eine Siedepunkterhöhung des Transportmediums zu verursachen, und zwar derart, daß der erhöhte Siedepunkt über der Betriebstemperatur der warmen Behälterwärmedurchgangswand liegt. Verdampfung des Transportmediums findet dann nicht mehr statt und der Wärmetransport zwischen den Behältorwärmedurchgangswänden gelangt zum Stillstand.

Der obengenannte Hilfsbehälter kann nach der Erfindung auch mit dem Behälter in offener Verbindung stehen, und zwar über eine sich an den Flüssigkeitsraum üvjs Hilfsbehälter anschließende Flüssigkeitsleitung, durch welche Transportmedium vom Hilfsbehälter zum Behälter strömen kann, wobei in die Flüssigkeitsleitung eine kühlbare Flüssigkeitssperre aufgenommen ist, in der flüssiges Transportmedium zur Absperrung der Flüssigkeitsleitung erstarren kann. Dies bietet den Vorteil, daß aus dem Hilfsbehälter zum Behälter zurückführendes Transportmedium 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 Transportmediums darin aufbewahrt bleibt.

Bei einer günstigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine ist die Flüssigkeitssperre durch wenigstens einen Teil der Flüssigkeitsleitung, in dem sich eine poröse Füllmasse befindet, gebildet.

Eine weitere günstige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine weist das Kennzeichen auf, daß im Behälter eine poröse Materialmasse vorhanden ist, welche die Behälterwärmedurchgangswände 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.

Nach der Erfindung können im Behälter Strahlungsschirme zur Verringerung der Wärmeübertragung durch Strahlung zwischen den Behälterwärmedurchgangswänden angeordnet sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

F i g. 1 zeigt einen Heißgasmotor mit Wärmetransportvorrichtung, wobei das Schaltelement durch eine Flüssigkeitsschicht in einem Behälter zwischen den beiden Räumen gebildet ist,

F i g. 2 und 3 zeigen Heißgasmotoren, bei denen sich in dem als Schaltelement wirksamen Behälter Transportmedium befindet, das durch einen Verdampfungs-Kondensationsprozeß Wärme transportiert und wobei der Druck dieses Mediums durch Zu- oder Abfuhr vom inertem Gas zum Behälter bzw. vom Behälter geregelt werden kann.

Fig. 4 und 5 zeigen eine Darstellung eines Heißgasmotors, bei dem sich in dem als Schaltelement wirksamen Behälter Transportmedium befindet, das

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uaiiiisiuiiga-ivuiivtdiaaiixsiia

me transportiert und welches völlig oder teilweise dem Behälter entnommen und in einem mit ihm verbundenen Hilfsbehälter gespeichert werden kann.

F i g. 6a und 6b zeigen zwei Heißgasmotoren, die über je eine Wärmetransportvorrichtung 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-KondensationsprozeB Wärme transportiert und welches völlig oder teilweise in einem Hilfsbehälter gespeichert werden kann.

In F i g. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 der Zylinder eines Heißgasmotors angedeutet, und zwar derjenige Teil, in dem sich im Betrieb das Kreistaufmedium immer auf hoher Temperatur befindet Innerhalb des Zylinders befindet sich ein Verdränger 2, der durch eine Aufwärtsbewegung mittels eines mit der Verdrängerstange 3 verbundenen nicht dargestellten Getriebes, warmes Kreislaufmedium aus dem Expansionsraum 4 nach der kalten Seite des Motors verdrängen kann. Das Kreislaufmedium geht dabei durch einen Erhitzer S, einen Regenerator 6 und einen Kühler 7 hindurch. Durch die Wand des Erhitzers S hindurch kann von außen her dem Kreislaufmedium fan Expansionsraum 4 Wärme zugeführt werden. Die Wand des Erhitzers 5 bildet eine Wärmedurchgangswand 8 eines geschlossenen Raums 9, der 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 Zeil, der einerseits eine Wärmedurchgangswand 13, andererseits eine weitere Wärmedurchgangswand 14 enthält und weiter gegen die Umgebung thermisch isoliert ist Die anderen Wärmedurchgangswände 11 und 14 bilden zugleich Wärmedurchgangswände eines Behälters 15, der weiter gegen die Umgebung thermisch isoliert ist Unter einer Wärmedurchgangswand muß eine Wand mit niedrigem Wärmewiderstand verstanden werden. Dazu gehören nicht nur Wände aus einem die Wärme gut leitenden Material, sondern auch Wände aus weniger gut wärmeleitenden Materialien, sofern man die Wandstärke dünn genug wählt

Die weitere Wärmedurchgangswand 13 des Raums 12 steht mit einer Wärmequelle 16 hoher Temperatur im thermischen Kontakt wobei die Wärmequelle beispielsweise ein 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. Es ist jedoch auch möglich, den Wärmespeicher innerhalb des Raums 12 anzuordnen; selbstverständlich muß dann die Möglichkeit vorhanden sein, den Wärmespeicher nach dem Gebrauch aufs neue aufzuladen. Die Räume 9 und 12 sind beide zum Teil mit einer geeignet gewählten Menge flüssigen Transportmediums, das beim Temperaturniveau der Wärmequelle verdampfen kann, gefüllt Für die bei dem Heißgasmotor auftretenden hohen Temperaturen des Erhitzers (etwa 700° C) kommen als Transportmedium beispielsweise die Metalle Natrium, Kalium, Lithium, Kadmium, Zäsium, Metallsalze wie die Metallhalogene Zinkchlorid, Aluminiumbromid, Kadmiumjodid, Kalziumjodid, Z.inkbromid oder Gemische derselben in Betracht. Weiter kommen in Betracht Nitrate, Nitrite oder Gemische derselben.

Im Behälter 1!5 befindet sich eine Flüssigkeit die eine wärmeleitende Verbindung zwischen den weiteren Wärmedurchgangswänden 11 und 14 bildet Im Betrieb des Heißgasmotors bleibt die Flüssigkeitsschicht in der Flüssigkeitsphase. Ihre Wahl kann durch die nach der Temperatur des Erhitzers bzw. der Wärmequelle bestimmte Wahl des Transportmediums in den Räumen 9 und 12 bestimmt werden. An den Behälter 15 schließi sich eine Flüssigkeitszufuhr 17 und eine Flüssigkeitsabfuhr 18 an. Thermische Ausdehnung der übrigen: geringen Flüssigkeitsmenge im Behälter 15 läßt siel·

SS dadurch aasgleichen, daß die Flüssigkeitszufuhr 17 ar ein Expansionsgefäß angeschlossen ist was in dei Zeichnung nicht dargestellt ist

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende. Dk Wärmequelle 16 liefert durch die Wärmedurchgangs wand 13 hindurch dem im Raum 12 auf der genannte!¹ Wand befindlichen flüssigen Transportmedium Wärme Dieses Transportmedium verdampft und bewegt siel nach der weiteren Wärmedurchgangswand 14 irifolg« des dort herrschenden niedrigen Dampfdrucks wegei der verhältnismäßig niedrigen Temperatur an diesel Stelle. Der Dampftransport ist durch gestrichelte Pfeil« angegeben. Danach kondensiert der Dampf an de weiteren Wärmedurchgangswand 14 unter Abgab

dieser Verdampfungswärme an dieser Wand. Unter dem Einfluß der Schwerkraft strömt das Kondensat zur Wärmedurchgangswand 13 zurück um dort aufs neue verdampft zu werden. Der Kondensattransport ist durch ausgezogene Pfeile angegeben. Die durch die weitere Wärmedurchgangswand 14 aufgenommene Wärme strömt durch die Flüssigkeitsschicht in den Behälter 15 und durch eine weitere Wärmedurchgangswand 11 nach dem Raum 9 und läßt flüssiges Transportmedium, das sich in diesem Raum auf der weiteren Wärmedurchgangswand 11 befindet, verdampfen. Der Verdampfungs-Kondensationsprozeß, der innerhalb des Raums 9 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 Kreislaufrnedium im Expansionsraum 4 zum Ausgleich der während der Expansion des Kreislaufmediums in mechanische Energie umgewandelten kalorischen Energie und ebenfalls zum Ausgleich der normalen kalorischen Verluste.

Muß der Wärmetransport von der Wärmequelle 10 nach dem Erhitzer 5 unterbrochen werden, beispielsweise weil der Motor ausgeschaltet wird, so kann dies aut einfache Weise dadurch erfolgen, daß die Flüssigkeit aus dem Behälter IS über die Flüssigkeitsabfuhr 18 entfern 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 Warme dennoch den Erhitzer 5 nicht erreichen. Die einzige Folge ist dann nämlich, daß nur innerhalb des Raumes 1/ ein Verdampfungs-Kondensationsprozeß erfolgt, dis der Dampfdruck in dem an die weitere Wärmedurchgangswand 14 grenzenden Teil des Raums 12 dem Dampfdruck bei der Wärmedurchgangswand 13 entspricht wobei der Dampfdruck durch die Tempera ur der Wärmequelle 16 bestimmt wird. Sefostverstandhch muß der Raum 12 in konstruktiver Hinsicht derart »„«,»KiM«,« c»;„ a» R Air Wandt dieses Raums dem in dieTem"7air"auFtretenden maximalen Dampfdruck widerstehen können. . ,

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung

immer noch etwas Wärme aus dem *^aum *² ™^CJ\^ ., Raum 9 wqglecken, und zwar infolge von Warmestran lung von der weiteren Wärmedurchgangswand 14 nach der weiteren Wärmedurchgangswand 11. Dies 1^™ im allgemeinen durch Anordnung von Smüüungisctar men im Behälter vermeiden, welche den Durchgang der ^ Strahlungswärme sperren. Bei der in Fig 2 dargestellten

entsprechende Teile mit ^"selben

angedeutet wie in Fig. I. ***

Strahlungsschirme 19 angeordnet, die «

von der weiteren Wämedurchgangswand

rende Strahlungswärme die weitere Wärme

wand 11 erreicht Der Behälter 15 ist hier

flüssiEemTransDortmedhim gefüllt . _ __>t.

Die Wirkungsweise dieser Vomcnnmg !~ - ^ insofenjvondernachFig.lab.alsimBemebdur^tu

weitere Wännedurchgangswand 14 demJteMner rugeführte Wärme flüssiges Transportmediumffl diesem Behälter verfmpfen MBt Der gebfldeteDampt

bewegt sich nach dem Qebiet niedrigen ^D«npto^ und zwar bei der verhältnismäßig ^ *"££ Wännedurchgangswand 11, ta*»** Wand unter Abgabe an derselben der fra Kondensationswanne und fließt unter dem Schwerkraftkomponente über den Hang des Behälters als Flüssigkeit zur weiteren Wärmedurchgangswand 14 zurück, wo diese Flüssigkeit aufs neue verdampf. An den Behälter schließt sich eine Leitung 20 an, in die ein Hahn 21 aufgenommen ist, der den Behälter 15 entweder mit einer Gasflasche 22, in dem sich ein inertes 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 2t und der Pumpvorrichtung 23 eine Dampffalle 25 für Transportmedium.

Muß der Wärmetransport von der Wärmequelle 16 nach dem 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 Transportmediums im Behälter hört dann auf, und dadurch auch der Wärmetransport von der weiteren Wärmedurchgangswand 14 nach der weiteren Wärmedurchgangswand 11. Wenn dieser Wärmetransport wiederhergestellt werden muß, wird der Behälter 15 mit der Pumpvorrichtung 23 verbunden, die das inerte Gas aus dem behälter 15 wegpumpt. Gegebenenfalls mit dem inerten Gas mitgeführter Transportmediumdampf kann in der Dampffalle 25 durch Kühlung kondensieren und darin festgehalten werden. Selbstverständlich sind auch andere Formen und Anordnungen, wie beispielsweise die nach F i g. 1 möglich, solange nur dafür gesorgt wird, daß Kondensat nach der Stelle, wo Verdampfung stattfindet zurückfließen kann.

F i g. 3 zeigt eine Vorrichtung, die in großen Zügen der nach F i g. 2 entspricht. Für die entsprechenden Teile sind daher dieselben Bezugszeichen wie in F i g. 2 verwendet Die Vorrichtung nach F i g. 3 unterscheidet sich im wesentlichen von der nach F i g. 2 nur durch das Vorhandensein poröser Materialmassen 26, 27 und 28 an den Innenwänden des Raums 9, des Behälters 15 bzw. des Raums 12. Diese porösen Materialmassen haben eine derartige Kapillarstruktur, daß sich unter Verwendung der Oberflächenspannung des flüssigen Transportmediums im betreffenden Raum bzw. im betreffenden Behälter in der gegebenen Betriebslage des Raums bzw. des Behälters imstande sind, durch Kapillarwirkung Kondensat das auf der verhältnismäßig kalten Wärmedurchgangswand bzw. der weiteren Wärmedurchgangswand des Raums bzw. des Behälters gebildet ist nach der verhältnismäßig wannen Wännedurchgangswand bzw. der weiteren Wärmedurchgangswand dieses Raums bzw. dieses Behälters 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. Dies gibt eine große Freiheit bei der Anordnung des HeiBgasmotors und bei der Anordnung bzw. Konstruktion der unterschiedlichen Teile der Wärmetransportvorrichtung.

Bei der Vorrichtung nach Fig.3, wobei die Wärmetransportvorrichtung in einer horizontalen Ebene angeordnet ist erfolgt trotz der horizontalen Lage dennoch eine Zurückfühnmg von Kondensat Im Raum 12 erfolgt dies dadurch, daß an der Stelle der weiteren Wännedurchgangswand 14 gebadetes Kondensat durch die poröse Materiahnasse 28 aufgenommen wird, welche durch Kapillarwirkung das Kondensat nach der Wännedurchgangswand 13 transportiert

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Auf ähnliche Weise findet im Behälter 15 Kondensattransport von der weiteren Wärmedurchgangswand 11 nach der weiteren Wärmedurchgangswand 14 statt durch die poröse Materialmasse 27 und im Raum 9 von der Wärmedurchgangswand 8 nach der weiteren Wärmedurchgangswand 11 durch die poröse Materialmasse 26. Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach F i g. 3 entspricht weiter der nach F i g. 2 und wird daher nicht weiter bescfirieben. 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 F i g. 4 ist ein Heißgasmotor mit Wärmetransportvorrichtung zwischen dem Erhitzer und der Wärmequelle dargestellt, der gegenüber dem nach F i g. 3 sich darin unterscheidet, daß der Behälter 15 im vorliegenden Fall über eine Dampfleitung 29 mit einem Hilfsbehälter 30 in offener Verbindung steht, wobei um den Behälter eine Heizspirale 31 und eine Kühlspirale 31' angeordnet sind. Muß der Wärmetransport zwischen der Wärmequelle 16 und dem Erhitzer 5 unterbrochen werden, so erfolgt dies durch Kühlung des Hilfsbehälter 30. Infolge der dann im Hilfsbehälter herrschenden niedrigen Temperatur wird dampfförmiges Transportmedium aus dem Behälter 15 durch die Dampfleitung 29 nach dem Hilfsbehälter strömen und darin kondensieren oder sogar erstarren. Auf diese Weise ist es möglich, die ganze Menge Transportmedium dem Behälter 15 zu entnehmen und im Hilfsbehälter 30 zu speichern. Beim Fehlen von Transportmedium im Behälter 15 ist dann der Wärmedurchgang gesperrt. 1st eine Wiederherstellung des Wärmedurchgangs notwendig, so wird dem Hilfsbehälter 30 Wärme zugeführt, was hier mit Hilfe der Heizspirale 31 erfolgt, so daß Transportmedium aus dem Hilfsbehälter 30 verdampft und zum Behälter 15 zurückfließt, und zwar über die Dampfleitung 29. Zur Aufrechterhaltung des wiederhergestellten Wärmedurchgangs muß weiter dem Hilfsbehälter 30 immer eine, sei es verhältnismäßig geringe Wärmemenge, zugeführt werden, um zu vermeiden, daß die Temperatur und damit der Dampfdruck innerhalb des Hilfsbehälters dem Dampfdruck bei der weiteren Wärmedurchgangswand 11 unterschreiten wird. Dies könnte dazu führen, daß Transportmediumdampf von der weiteren Wärmedurchgangswand 14 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 hn Hilfsbehälter 30 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 F i g. 5, 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 Hilfsbehälters 3t äfrechlreSt, Η» dein flüssiges bzw. erstarrtes Trsissportmedhim aufbewahrt werden kann, und sich andererseits an dem Behälter 15 anschließt In der Flüssigkeitsleitung 32 befindet sich eine poröse Füllmasse 33, die dazu beiträgt die Flüssigkeitsleitung 32 zugleich als Flüssigkeitssperre verwenden zu können. Die Flüssigkeitsleitung 32 ist dazu kühlbar und kann mit Hilfe der Heizspirale 31, die sich nun nicht mir um den Hilfsbehälter 30 befindet, sondern sich auch um die Flüssigkeitsleitung 32 erstreckt, erwärmt werden. Zur Unterbrechung des Wärmetransportes 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. Dieser Dampf wird im Hilfsbehälter kondensiert und erstarrt. Dies erfolgt

ίο solange, bis der Behälter 15 trocken und der Wärmedurchgang in diesem Behälter daher gesperrt ist.

Durch Kapillarwirkung der porösen Füllmasse 33 ist

die 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 33 spielt beim Erstarrungsprozeß zugleich die Rolle eines Strömungswiderstandes, der dafür sorgt, daß flüssiges Transportmedium sich nur mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit durch die Flüssigkeitsleitung 32 verschieben kann und gerade wegen dieser geringen Geschwindigkeit eine Erstarrung der Flüssigkeit in der Flüssigkeitsleitung 32 extra

leicht macht. Der Durchgang ist dann gesperrt, so daß dann zugleich leicht eine Erstarrung des flüssigen Transportmediums im Hilfsbehälter 30 stattfinden kann. Übrigens ist es auch ohne poröse Füllmasse möglich, eine Erstarrung der Flüssigkeit in der Flüssigkeitsleitung 32 zu bewerkstelligen, beispielsweise dadurch, daß ein Teil der Flüssigkeitsleitung als Kurvenstück ausgebildet wird, das mit Flüssigkeit gefüllt ist, und daß dieses Kurvenstück gekühlt wird.

Muß der Wärmedurchgang wiederhergestellt wer-

den, so wird mit Hilfe der Heizspirale 31 das feste Transportmedium im Hilfsbehälter 30 und in der Flüssigkeitsleitung 32 geschmolzen. Durch Kapillarwirkung der porösen Füllmasse 33 und in diesem Fail auch unter dem Einfluß der Schwerkraft gelangt nun flüssiges

Transportmedium aus dem Hilfsbehälter 30 über die Flüssigkeitsleitung 32 in die poröse Materialmasse 37 des Behälters 15 und bewegt sich zur weiteren Wärmedurchgangswand 14, wo es verdampft wird. Der Verdampfungs-Kondensationsprozeß innerhalb des Be-

hälters 15 und damit der Wärmedurchgang sind dann wiederhergestellt

Die weitere Wirkung dieser Vorrichtung entspricht der der Vorrichtung nach F i g. 4.

In F i g. 6a und 6b sind Vorrichtungen dargestellt, bei

denen zwei Heißgasmotoren über je eine Wärmetransportvorrichtung an nur eine gemeinsame Wärmequelle angeschlossen sind.

Da die Konstruktion und Wirkungsweise der in Fig.6a dargestellten Wärmetransportvorrichtung der

nach F i g. 5 entspricht kann man auf eine Beschreibung derselben verzichten. Für entsprechende Teile sind dieselben Bezugszeichen wie in Fig.5 verwendet Mil der dargestellten Vorrichtung ist es auf einfache Weise möglich, den Wärmetransport von der Wärmequelle 16

nach dem Erhitzer eines Heißgasmotors oder nach dem Erhitzer der beiden HeiSgasmotoren nach Wunsch zu unterbrechen bzw. wiederherzustellen. Namentlich isi dies von Bedeutung, wenn die Wärmequelle ein Wärmespeicher ist der ja den Räumen 12 ständig

Wärme liefert Durch Unterbrechung des Wärmetransportes vom Raum 12 zum Raum 9 bei einei Wärmetransportvorrichtung mit Hilfe des Behälters 15 entsteht dann ein thermisches Gleichgewicht zwischen

dem Wärmespeicher 16 und dem betreffenden Raum 12.

Die in F i g. 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 13, durch welche Wärme von der Wärmequelle 16 dem Transportmedium innerhalb des Raums 12 zugeführt werden kann. An der Stelle der Wärmediirchgangswand 13 im Raum 12 verdampftes Transportmedium strömt nun nach beiden Seiten zu den ιυ beiden weiteren Wärmedurchgangswänden 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

Wärmetransportes von der Wärmequelle 16 nach einem oder beiden Erhitzern erfolgt auf dieselbe Weise wie bei F i g. 5 beschrieben wurde.

Bei den in din Fig.4, 5 und 6 dargestellten Vorrichtungen kann als Schaltelement beispielsweise auch ein Behälter verwendet werden, der mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, die eine wärmeleitende Schichl zwischen den weiteren Wärmedurchgangswänden 11 und 14 bildet. Eine Regelung des Flüssigkeitspegels führt dann zu einer Regelung der wärmedurchlässiger Oberfläche und damit des Wärmedurchgangs.

Bei den in der Zeichnung dargestellten Vorrichtunger bilden die weiteren Wärmedurchgangswände dei Räume 9 und 12 zugleich die Wärmedurchgangsgwände des Behälters 15. Es ist selbstverständlich auch möglich daß der Behälter eigene Wärmedurchgangswände enthält, die dann an den weiteren Wärmedurchgangs wänden der Räume 9 und 12 anliegen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Heißgasmaschine, wie ein Heißgaskolbenmotor oder eine Heißgasturbine, in der ein gasförmiges Medium einen geschlossenen thermodynamischen Kreislauf durchläuft, mit einem Erhitzer, in dem Kreislaufmedium von außen her Wärme 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 Wärmetraisportmedium befindet das der Wärmequelle unter Obergang aus der Flüssigkeitsphase in die Dampfphase Wärme entnimmt und dem Erhitzer unter Obergang aus der Dampf- in die Flüssigkeitsphase Wärme abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetransportvorrichtung (10) mindestens zwei in der Wärmetransportrichtung hintereinander angeordnete geschlossene und Transportmedium enthaltende Räume (9,12) enthält deren einander abgewandte Enden mit Wärmedurchgangswänden (8, 13) versehen sind, durch welche Wärme von der Wärmequelle (16) dem Transportmedium zugeführt werden kann bzw. das Transportmedium dem Erhitzer (5) Wärme abgeben kann, wobei die einander zugewandten Enden der genannten Räume (9, 12) weitere Wärmedurchgangswände (11, 14) enthalten, zwischen denen ein Schaltelement (15; 17 bis 25; 29 bis 33) vorhanden ist um die genannten weiteren Wände (11, 14), gegebenenfalls regelbar, thermisch mitteinander zu verbinden.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Raum (9, 12) eine poröse Materialmasse (26, 28) vorhanden ist welche die Wärmedurchgangswand (8; 13) mit der weiteren Wärmedurchgangswand (11; 14) verbindet.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß das Schaltelement durch einen Behälter (15) gebildet ist der zwei Behälterwärmedurchgangswände enthält die je an einer weiteren Wärmedurchgangswand (11,14) anliegen, oder auch durch eine weitere Wärmedurchgangswand (11, 14) gebildet sind, wobei sich im Behälter (15) ein Wärmetransportmedium befindet, dessen Druck und/oder Menge regelbar ist.

4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetransportmedium im Behälter (15) Wärme von einer warmen (14) nach einer kalten (11) Behälterwärmedurchgangswand transportiert unter Übergang aus der Flüssigkeitsphase in die Dampfphase bei Aufnahme von Wärme aus der warmen Behälterwärmedurchgangswand (14) ur.c! unter Übergang aus der Dampf- in die Flüssigkeiu>phase bei Abgabe von Wärme an die kalte Behälterwärmedurchgangswand (11), wobei ein Hilfsbehälter (30) vorhanden ist mit einem als Flüssigkeitsraum und einem als Dampfraum wirksamen Teil, wobei der Hilfsbehälter (30) über eine sich an den Dampfraum anschließende Dampfleitung (29) mit dem Behälter (15) in offener Verbindung steht und der Hilfsbehälter aus einer Kältequelle (M') zum Kondensieren und/oder Erstarren des Transportmediums im Flüssigkeitsraum Kälte aufnehmen kann bzw. aus einer Wärmequelle (31) zum Schmelzen und/oder Verdampfen des Transportmediums im genannten Flüssigkeitsraum Wärme aufnehmen kann.

5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsbehälter (30) zugleich mit dem Behälter (15) in offener Verbindung steht, und zwar über eine sich an den Flüssigkeitsraum des Hilfsbehälters anschließende Flüssigkeitsleitung (32X durch welche flüssiges Transportmedium vom Hilfsbehälter (30) zum Behälter (15) strömen kann, wobei in die Flüssigkeitsleitung (32) eine kühlbare Flüssigkeitssperre aufgenommen ist, in der flüssiges Transportmedium zum Sperren der Flüssigkeitsleitung (32) erstarren kann.

6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitssperre durch wenigstens einen Teil der Flüssigkeitsleitung (32X in dem sich eine poröse Füllmasse (33) befindet, gebildet ist

7. Maschine nach Anspruch 3,4,5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Behälter eine poröse Materialmasse (27) vorhanden ist, welche die Behälterwärmedurchgangswände (11, 14) miteinander verbindet

8. Maschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß im Behälter (15) Strahlungsschirme (19) angeordnet sind, um eine Wärmeübertragung durch Strahlung zwischen den Behälterwärmedurchgangswänden (11,14) zu vermeiden.