DE2065851A1

DE2065851A1 - Waermetransportvorrichtung

Info

Publication number: DE2065851A1
Application number: DE2065851A
Authority: DE
Inventors: Herman Henricus Maria Van D Aa; George Albert Apolon Asselmann; Adrianus Petrus Dirne
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1969-12-24
Filing date: 1970-12-01
Publication date: 1976-07-08
Also published as: NL151496B; CA917930A; DE2059055A1; DE2059055B2; CH530605A; BE760704A; FR2074202A5; AT306452B; NO132290C; DK130605B; US3702533A; NO132290B; DE2065851C2; NL6919338A; GB1335996A; DK130605C; SE360146B

Description

PHN hhbu Duxtsland SCHA/SM

206-S851

Wärmetransportvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmetransportvorrichtung, die sich zum Transportieren von Wärme von einer Wärmequelle nach einer zu erwärmenden Stelle eignet, in welcher Transportvorrichtung sich ein Wärmetransportmedium befindet, das der Wärmequelle unter Uebergang aus der Flüssigkeitsphase in die Dampfphase Wärme entnimmt, und das der zu erwärmenden Stelle unter Uebergang aus der Dampf- in die.Flüssigkeitsphase Wärme abgibt.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der

DT-PS 8^7 090 bekannt. Hierbei dient die Vorrichtung zum Transportieren von Wärme von einer Wärmequelle nach dem Erhitzer eines Heissgasmotors.

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

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einem IIeissgasmotor, 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 Mehrzylxnderhexssgasmotore 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 diesselbe Wärmequelle angeschlossen und muss der Wärmetransport 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 von 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 Wärmetransportvorrichtung bildet.

Die Wärmetransportvorrichtung bildet meistens einen Teil der Maschine, so dass eine Unterbrechung des Wärmetransportes durch Entfernung-der Wärmetransportvorrichtung zu einer zeitraubenden und unbequemlichen Demontage führen würde,.auch wegen der auftretenden hoher Erhitzertemperaturen, die bei Heissgasmotoren 700 ⁰C überschreiten können. Zum Schluss geht auch das Wegschwenken gegenüber der Wärmequelle und/oder Verschieben der Wärmetransportvorrichtung, gegebenenfalls zusammen mit der Maschine,

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mit grossen praktischen Nachteilen einher.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Wärme transportvorrichtung zu schaffen, bei der der Wärme transport von der Wärmequelle nach dex" zu erwärmenden Stelle auf einfache und schnelle Weise unterbrochen werden kann.

Erfindungsgeraäss enthält die Wärmetransportvorrichtung mindestens zwei in der Wärmetransportrichtung hintereinander angeordnete geschlossene· und Transportmedium enthaltende Räume, deren einander abgewandte Enden mit Wärmedurchgangswänden versehen sind, durch welche Wärme von der Wärmequelle dem Transportmedium zugeführt werden kann bzw. das Transportmedium der zu erwärmenden Stelle 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.

Auf diese Weise ist eine Vorrichtung erhalten, bei der der Wärmetransport von der Wärmequelle nach der zu erwärmenden Stelle unterbrochen werden kann, indem nur das Schaltelement betätigt wird.

Liegt die Kondensationsstelle eines Raumes auf einem höheren Niveau als die Verdampfungsstelle, so kann der Rücklauf des Kondensates von der Kondensationsstelle zur Verdampfungsstelle unter dem Einfluss der Schwerkraft erfolgen. Ist dies nicht der Fall, so kann nach einer günstigen Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung in jedem Raum eine poröse Materialmasse vorhanden sein, welche die Wärmedurchgangswand mit der weiteren Wärmedurchgangswand verbindet. Durch Kapillarwirkung dieser Materialmasse kann ein Rücklauf des Kondensates jetzt auch ohne Unterstützung der Schwerkraft erfolgen, und sogar entgegen der Federkraft'. Dies und jenes bedeutet eine grosse Lagenunabhängigkeit der Wärmetransportvorrichtung.

Bei einer weiteren günstigen Ausf ührurigs-

form der erfindungsgemässen Vorrichtung ist das Schaltelement durch einen Behälter gebildet, der ^wei Behälterwärrnedurch-

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gangswände enthält, die an je einer weiteren Wärmeduchgangswand 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 in Wärmestrom zwischen den beiden BehälterwärmedurchganeSwänden. Der Wärmedurchgang

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ist gesperrt, wenn die ganze Flüssigkeit aus dem Behälter

entfernt ist.

Eine weitere günstige Ausführungsform der

erfindungsgemässen Vorrichtung weist das Kennzeichen auf, dass das Wärmetransportmedium im Behälter Wärme von einer warmen nach einer kalten Behälterwärmedurchgangswand befördert unter Uebergang aus der Flüssigkeits- in die Dampfphase bei Aufnahme von Wärme· aus der warmen Behälterwärmedurchgangs-

die

wand und unter Uebergang aus der Dampf- in/ 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 sieht 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 Vorrichtung 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 Flüssigkeits- und/oder Feststoffphase im Hilfsbehälter gespeichert wird, wird weniger oder mehr

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Wärme transport von der warmen, nach der kalten Behälterwärinedurchgangswand stattfinden.

Abgesehen davon, ist es zum Steigern des

Druckes im Behälter, beispielsweise durch Zulassung eines Inertgases unter Druck in den Behälter, möglich, eine Siedepunkterhöhung des Transportmediunis 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 Värmetransport zwischen den Behälterwärmedurchgangswänden 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 des Hilfsbehälters 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 Tranaportmedium 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 Ausführungsforin der

erfindungsgemässen Vorrichtung ist die Flüssigkeitssperre durch wenigstens einen Teil der Flüssigkeitsleitung, in dem sich eine poröse Füllmasse befindet, gebildet.

Eine weitere günstige Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung weist das Kennzeichen auf, dass im Behälter eine poröse Materialmasse vorhanden

die

ist, we lclie/Behält erwärme durchgangswände miteinander verbindet. Erfolgt der Wärmetränsport im Behälter durch einen Verdampfungs-Kondensationsprozess zwischen den beiden Behälterwärmedurchgangsw"änden, so. kann das an der kälteren

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Vand kondensierte Transportmediura auch ohne Schwerkraftwirkung oder entgegen Schwerkraftwirkung durch die Kapillarwirkung der dazu auf geeignete leise gewählten porösen Materialmasse leicht zur wärmeren fand 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.

Fig. 1 zeigt einen Heissgasmotor mit

Wärmetransportvorrichtung, wobei das Schaltelement durch eine Flüssigkeitsschicht in einem Behälter zwischen den beiden Räumen gebildet ist,

Fig. 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 von inertem Gas zum Behälter bzw. vom Behälter geregelt werden kann,

Fig. K und 5 zeigen 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 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-Kondensationsprozess Wärme transportiert und welches völlig oder teilweise in einem Hilfsbehälter gespeichert werden kann.

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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 Aufwärtsbewegung mittels eines mit der Verdrängerstange 3 verbundenen nicht dargestellten Getriebes, warmes Kreislauf medium 'aus dem Expansionsraum 4 nach der kalten Seite des Motors verdrängen 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 k Wärme zugeführt werden. Die Wand des Erhitzers 5 bildet eine Wärmedurchgangswand 8 eines geschlossenen Raumes 9 ι 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 Teil, der einerseits eine Wärmedurchgangswand 13j 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, insofern man die Wandstärke dünn genug wählt.

Die weitere Wärmedurchgangswand 13 des

Raumes 12 steht mit einer Wärmequelle 16 hoher Temperatur im thermischem 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

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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, 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 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 schliesst sich eine

Flüssigkeitszufuhr 17 und eine Flüssigkeitsabfuhr 18 an. Thermische Ausdehnung der übrigens geringen Flüssigkeitsmenge im Behälter 15 lässt sich dadurch ausgleichen, dass die Flüssigkeitszufuhr 17 an ein Expansionsgefäss angeschlossen ist, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist

folgende. Die Wärmequelle 16 liefert durch die Wärmedurchgangswand 13 hindurch dem im Raum 12 auf der genannten Wand befindlichen flüssigen Transportmedium Wärme. Dieses Transportmedium verdampft und bewegt sich nach der weiteren Wärmedurchgangswand Λ^-Ι infolge des dort herrschenden niedrigen Dampfdrucks wegen der verhältnismässig niedrigen Temperatur an dieser Stelle. Der Dampftransport ist durch gestrichelte Pfeile angegeben. Danach kondensiert der Dampf

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an der weiteren Wärmedurchgangswand 14 unter Abgabe dieser Verdampfungswärme an dieser Wand. Unter dem Einfluss der Schwerkraft strömt das Kondensat zur Wärme durchgangsxvand 13 zurück um dort aufs neue verdampft zu werden. Der Kondensattransport ist durch gezogene 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 und lässt flüssiges Transportmedium, das sich in diesem Raum auf der.weiteren Wärmedurchgangswand 11 befindet, verdampfen. Der Verdampfungs-Kondensationsprozess der innerhalb des Raumes 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 Kreislaufmedium im Expansionsraum h zum Ausgleich der während der Expansion des Kreislaufmediums in mechanische Energie umgewandelten kalorischen Energie und ebenfalls zum Ausgleich der normalen kalorischen Verlust.

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 Flüssigkeitsabfuhr 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 Wärme dennoch den Erhitzer 5 nicht erreichen. Die einzige Folge ist dann nämlich, dass nur innerhalb des Raumes 12 ein Verdampfungs-Kondensationsprozess erfolgt, bis der Dampfdruck in dem an die weitere Wärmedurchgangswand 14 grenzenden Teil des Raumes 12 dem Dampfdruck bei der Wärmedurchgangswand 13 entspricht, wobei der Dampfdruck durch die Temperatur der Wärmequelle 16 bestimmt wird. Selbstverständlich muss der Raum .12 in konstruktiver Hinsicht derart ausgebildet sein, dass die Wände dieses Raumes dem in diesem Fall auftretenden maximalen

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Dampfdruck wiederstehen können.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung wird immer noch etwas Wärme aus dem Raum 12 nach dem Raum 9 weglecken und zwar infolge von Wärmestrahlung von der weiteren Wärmedurchgangswand 14 nach der weiteren Wärmedurchgangswand 11. Dies lässt sich im allgemeinen durch Anordnung von Strahlungsschirmen im Behälter vermeiden welche den Durchgang der Strahlungswärme sperren.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung sind entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen angedeutet wie in Fig. 1. Im Behä3.ter 15 sind Strahlungsschirme 19 angeordnet, die vermeiden, dass von der weiteren Wärmedurchgangswand 14 herrührende Strahlungswärme die weitere Wärmedurchgangswand 11 erreicht. Der Behälter 15 ist hier teilweise mit flüssigem Transportmedium gefüllt.

Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung

weicht nur insofern von der nach Fig. 1 ab, als im Betrieb durch die weitere Wärmedurchgangswand 14 dem Behälter 15 zugeführte Wärme flüssiges Transportmedium in diesem Behälter verdampfen lässt. Der gebildete Dampf bewegt sich nach dem Gebiet niedrigen Dampfdrucks und zwar bei der verhäLtnismässig kalten weiteren Wärmedurchgangswand 11, kondensiert an dieser Wand unter Abgabe an derselben der frei werdenden Kondensationswärme und fliesst unter dem Einfluss der Schwerkraftkomponente über den Hang des Behälters als Flüssigkeit zur weiteren Wärmedurchgangswand zurück, wo diese Flüssigkeit aufs neue verdampft. 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 21 und der Pumpvorrichtung 23 eine Dampffalle 25 für Transportmedium.

Muss der Wärme transport von der Wärmequelle 16 nach', dem Erhitzer 5 unterbrochen werden, so wird

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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 lh liegen wird. Die Verdampfung flüssigen Transportmediums im Behälter hört dann auf, und dadurch auch der Wärmetransport von der weiteren Wärmedurchgangs\tfand 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 Fig. möglich, solange nur dafür gesorgt wird, dass Kondensat nach der Stelle, wo Verdampfung stattfindet, zurückfliessen kann.

Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung, die in

grossen Zügen der nach Fig. 2 entspricht. Für die entsprechenden 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 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 Raumes bzw. des Behälters imstande sind, durch Kapillarwirkung Kondensat, das auf der verhältnismässig kalten Wärmedurchgangswand bzw. der weiteren Wärmedurchgangswand des Raumes bzw. des Behälters gebildet ist, nach der verhältnismässig warmen Wärmedurchgangswand bzw. der weiteren Wärmedurchgangswand dieses Raumes bzw. dieses

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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 Heissgasmotors 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 Zurückführung von Kondensat. Im Raum 12 erfolgt dies dadurch, dass an der Stelle der weiteren Wärmedurchgangswand 14 gebildetes Kondensat durch die poröse Materialmasse 28 aufgenommen wird, welche Masse durch Kapillarwirkung das Kondensat nach der Wärmedurchgangswand 13 transportiert.

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 Fig. 3 entspricht weiter der nach Fig. 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 Fig. 4 ist ein Heissgasmotor mit Wärmetransportvorrichtung zwischen dem Erhitzer und der Wärmequelle dargestellt, der gegenüber dem nach Fig. 3 sich darin unterscheidet, dass der Behälter 15 im vorliegenden Fall über eine Dampfleitung 29 mit einem Hilfsbehälter 30 in offener Verbindung steht, wobe'i um den Behälter eine Heizspirale 3I 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 .Hilfsbehälters 30. Infolge der

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dann im Hilfsbehälter herrschenden niedrigen Temperatur wird ämpfförmiges Transportmedium aus dem Beluilter 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. Ist eine Wiederherstellung des Wärmedurchganges 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 Wärmedurchganges 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 im 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 Fig. 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 31 anschliesst, in dem flüssiges bzw. erstarrtes Transportmedium aufbewahrt werden kann, und sich andererseits an dem Behälter 15 anschliesst. In der Flüssigkeitsleitung 32 befindet sich eine poröse Füllmasse 33» die dazu beitragt, 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 nur um den

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Hilfsbehälter SO befindet sondern sich auch um die Flüssigkeitsleitung 32 erstreckt, erwärmt werden.

Zur Unterbrechung des Wärme transportes 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 durch die Dampfleitung 29 zum Hilfsbehälter 30. Dieser Dampf wird im Hilfsbehälter kondensiert und erstarrt. Dies erfolgt solange, bis der Behälter I5 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 grosaen 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 diesefgeringen 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.

Uebrigens 1st 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 werden, 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 ■ Fall auch unter dem Einfluss der Schwerkraft gelangt nun flüs-

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siges Tr.ansportmedium aus dem Hilfsbehälter 30 über die Flüssigkeitsleitung 32 in die poröse Materialmasse 37 des Behälters 15 und bewegt sich zur weiteren Wärmedurcligarigswand ~\h, wo es verdampft wird. Der Verdampfungs-Kondensationsprozess innerhalb des Behälters 15 und damit der Wärmedurchgang sind dann wiederhergestellt.

Die weitere Wirkung dieser Vorrichtung entspricht der..der Vorrichtung nach Fig. 4.

In Fig.- 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 Wärme transportvorrichtung der nach Fig. entspricht j kann man auf eine Beschreibung derselben verzichten. Für entsprechende Teile sind dieselben Verzugszeichen wie in Fig. 5 verwendet. Mit der dargestellten Vorrichtung ist es auf einfache Weise möglich, den Wärmetransport von der Wärmequelle \6> nach dem Erhitzer eines Heissgasmotors oder nach dem Erhitzer der beiden Heissgasmotoren nach Wunsch zu unterbrechen bzw. wiederherzustellen. Namentlich ist 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 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. 6fi nur darin, dass die beiden Wärmetransportvorrichtungen einen gemeinsamen Raum 12 enthalten mit' nur einer gemeinsamen Wärmedurchgangswand 13 j durch welche Wärme von der Wärmequelle 1'6 dem Transportmedium innerhalb des Raumes 12 zugeführt werden kann. An der Stelle der Wärmedurchgangswand 13 im Raum 12 verdampftes Transportmediums strömt nun nach beiden Seiten zu den beiden weiteren Wärmedurchgangswände Ik 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 -

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Materialrnasse 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 Fig. 5 beschrieben wurde.

Bei den in den Figuren k, 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 Wärmedurchgangswänden 11 und *[k bildet. Eine Regelung des Flussjgkeitspegels führt dann zu einer Regelung der wärmedurchlässigen Oberfläche und damit des Wärmedurchganges.

Bei den in der'Zeichnung dargestellten V'ar?=-

richtungen bilden die weiteren Wärmedurchgangswände der Räume 9 und 12 zugleich die Wärmedurchgangswände 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 anfliegen.

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Claims

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PATENTANSPRTJE-CHE:

1« Wärmetransportvorrichtung, die sich zum Transportieren von Wärme von einer Wärmequelle nach einer zu erwärmenden Stelle eignet, in welcher Transportvorrichtung sich =■;.:'. ein Wärmetransportmedium befindet, das der Wärmequelle unter Uebergang aus der Flüssigkeitsphase in die Dampfphase Wärme entnimmt, und das der zu erwärmenden Stelle unter Uebergang aus der Dampf- in die Flüssigkeitsphase Wärme abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1O) mindestens zwei in 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 (i6) dem Transportmedium zugeführt werden kann, bzw. das Transportmedium der zu erwärmenden Stelle (5) Wärme abgeben kann, wobei die einander zugewandten Enden der genannten Räume weitere Wärmedurchgangswände (11,14) enthalten, zwischen denen ein Schaltelement (15 j 17-25; 29-33) vorhanden ist, um die genannten weiteren Wände (11,14), gegebenenfalls regelbar, thermisch miteinander zu verbinden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jedemRaum (9, 12) eine poröse Materialmasse (26,28) vorhanden ist, welche die Wärmedurchgangswand (8;13) mit der weiteren Wärmedurchgangswand (11,14) verbindet. 3· Vorrichtung nach Anspruch 1_;oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das Schaltelement durch einem Behälter (15) gebildet ist, der zwei Behälterwärmedurchgangswände enthält, die an je einer weiteren Wärmedurchgangswand (11,14) anliegen, oder auch durch eine weitere Wärmedurchgangswand (11,14) gebildet sind, wobei sieh in Behälter (15) ein Wärmetransportmedium befindet, dessen Druck und/oder Menge regelbar ist. .
4. Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetransportmedium im Behälter (15) Wärme von

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einer warmen (l4) nach einer kalten (11) Behälterwärmedurchgangswand transportiert unter Uebergang aus der Flüssigkeits- in die Dampfphase bei Aufnahme von Wärme aus der warmen Behälterwärmedurchgangswand (1^·) und unter Uebergang aus der Dampf- in die Flüssigkeitsphase bei Abgabe von Wärme an der kalten Behälterwärmedurchgangswand (11), wobei ein Hilfsbehälter (3O) 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 (30) aus einer Kältequelle (31*) 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· Vorrichtung nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsbehälter (3O) zugleich mit dem Behälter (13) in offener Verbindung steht und zwar über eine sich an den Flüssigkeitsraum des Hilfsbehälters anschliessende Flüssigkeitsleitung (32), 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. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitssperre durch wenigstens einen Teil der Flüssigkeitsleitung (32), in dem sich eine poröse Füllmasse (33) befindet, gebildet ist.
7« . Vorrichtung nach Anspruch 3» ^-» 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Behälter (15) eine poröse Materialmasse. (27) vorhanden ist, welche die Behälterwärmedurchgangswände (11,1h) miteinander verbindet.

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8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3-7> dadurch gekennzeichnet, dass im Behälter (15) Strahlungsschirme (19) angeordnet sind, um eine ¥ärmeübertragung durch Strahlung zwischen dem Behälterwärmedurchgangswänden (l1,14) zu vermeiden.

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