DE2443369C2

DE2443369C2 - Hot gas engine

Info

Publication number: DE2443369C2
Application number: DE19742443369
Authority: DE
Inventors: Burkart Dipl.-Ing. 8900 Augsburg Feurer
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MT Aerospace AG
Priority date: 1974-09-11
Filing date: 1974-09-11
Publication date: 1982-07-29
Also published as: DE2443369A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Heißgasmotor, dessen Erhitzerkopfkammer Wärme wahlweise mittels einer während des Betriebs Wärme erzeugenden Wärmequelle oder von einem Wärmespeicher zuführbar ist.The invention relates to a hot gas engine, the heater head chamber heat optionally by means of a heat source generating heat during operation or can be supplied from a heat accumulator.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 21 49 868 ist ein Heißgasmotor bekannt, dessen Erhitzerkopfkammer von einer Wärmequelle über ein System von drei Wärmerohren Wärme zugeführt wird. Diese Wärmerohre sind evakuiert und vakuumdicht verschlossen, wobei die Innenwandungen dieser Wärmerohre mit einer Kapillarstruktur ausgekleidet, und mit einer kleineren Menge eines geeigneten Wärmeträgers gefüllt. In den wärmeaufnehmenden Bereich, der Heizzone, dampft der Wärmeträger aus, im wärmeabgebenden Bereich, der Kühlzone kondensiert er, wobei das Kondensat in bzw. durch die Kapillarstruktur in die Heizzone zurückgefördert wird. Zwischen Heiz- und Kühlzone befindet sich die wärmeisolierte Transportzone. Ober ein weiteres Wärmerohr, das mit einer Verteilerkammer fest verbunden ist, wird Wärme aus dem Wärmeübertragungssystem in einen Wärmespeicher transportiert. Der Wärmespeicher ist nach dieser bekannten Anordnung vor der Erhitzerkopfkammer angeordnet und mit einer Verteilerkammer verbunden. Es besteht ebenso die Möglichkeit an jeder für den Wärmespeicher geeigneten Stelle, z. B. an der Erhitzerkopfkammer, diesen anzubringen. Bei einem derartigen Wärmerohrsystem, das mit dem Wärmespeicher fest verbunden ist, besteht keine einfache Lösungsmöglichkeit, um den Wärmespeicher ohne Schaden in diesem Fall von der Verteilerkammer abzutrennen.From the German Offenlegungsschrift 21 49 868 a hot gas engine is known, the heater head chamber heat is supplied from a heat source through a system of three heat pipes. These heat pipes are evacuated and closed vacuum-tight, with the inner walls of these heat pipes lined with a capillary structure, and with a smaller amount of a suitable heat transfer medium filled. The heat transfer medium evaporates in the heat-absorbing area, the heating zone, in the heat-emitting area Area where the cooling zone is condensed, the condensate being in or through the capillary structure into the Heating zone is fed back. The heat-insulated transport zone is located between the heating and cooling zones. Heat is extracted through another heat pipe, which is firmly connected to a distribution chamber transported to the heat transfer system in a heat accumulator. The heat storage is after this known arrangement arranged in front of the heater head chamber and connected to a distribution chamber. There is also the possibility at any point suitable for the heat storage, z. B. on the heater head chamber, to attach this. In such a heat pipe system, which is fixed to the heat accumulator connected, there is no simple solution, in order to separate the heat accumulator from the distribution chamber without damage in this case.

Davon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Heißgasmotor der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem bei einer festen Verbindung im Reparsturfall mit geringem Aufwand ein Trennen des Wärmespeichers von dem Wärmerohrsystern möglich ist, ohne daß die Teile beschädigt werden und der Motor betriebsunfähig wird.Based on this, it is the object of the present invention to provide a hot gas engine of the type mentioned at the beginning To create a class with a fixed connection in the event of a repair with little effort Separation of the heat accumulator from the heat pipe system is possible without damaging the parts and the engine becomes inoperable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wärmespeicherkammer oder die Erhitzerkopfkammer einen Ansatz aufweist, der unter Bildung eines Spalts in eine Ausnehmung des anderen Teils eingreift, wobei der Spalt mit einem die den Spalt begrenzenden Wandungen der Wärmespeicherkammer und der Erhitzerkopfkammer verbindenden Lot ausgefüllt ist, dessen Schmelzpunkt über der im Betrieb im Spalt auftretenden Höchsttemperatur liegt, und daß zur Trennung der Wärmespeicherkammer und der Erhitzerkopfkammer in einer der den Spalt begrenzenden Wandungen eine Heizeinrichtung zur Verflüssigung des Lots vorgesehen ist Durch diese Maßnahme kann zur Reparatur die Wärmespeicherkammer mit dem Wärmespeicher von dem Wärmeübertragungssystem getrennt werden, ohne daß eines dieser Teile zerstört wird, womit nach dem Entfernen des Wärmespeichers der Motor noch betriebsfähig ist. Außerdem besteht die Möglichkeit, Wärmespeicher mit verschiedenem Fassungsvermögen in einfacher Weise an den Erhitzerkopf anzuhängen; das bedeutet, daß im Bedarfsfall Wärmespeicher mit einer Füllmenge für zwei, drei oder mehr Stunden Leistung angebracht werden können. Die einfach mögliche Trennung erlaubt zudem den Austausch von ungeladenen Wärmespeichern gegen geladene. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist darin zu sehen, daß die Systemteile »Motor-Brenner-Wärmeübertragungssystem« und »Wärmejpeicher-Brenner-Wärmeübertragungssystem« unabhängig voneinander gefertigt und montiert werden können, was wiederum zu Wirtschaftlichkeit führt.This object is achieved according to the invention in that the heat storage chamber or the heater head chamber has an approach which engages with the formation of a gap in a recess of the other part, wherein the gap with a wall delimiting the gap of the heat storage chamber and the Heater head chamber connecting solder is filled, the melting point of which is above that in operation in the gap occurring maximum temperature, and that to separate the heat storage chamber and the heater head chamber in one of the walls delimiting the gap a heating device for liquefying the Lots is provided By this measure the heat storage chamber with the heat storage can be repaired be disconnected from the heat transfer system without destroying any of these parts, which means that the engine is still operational after removing the heat accumulator. There is also the Possibility of attaching heat accumulators with different capacities to the heater head in a simple manner to attach; this means that if necessary, heat storage with a capacity for two, three or more Hours of power can be attached. The easy possible separation also allows the exchange of uncharged heat storage against charged. Another major benefit is in it too see that the system parts »engine-burner-heat transfer system« and “heat storage burner heat transfer system” independently of one another can be manufactured and assembled, which in turn leads to economic efficiency.

Vorteilhaft ist die Heizeinrichtung als elektrische Widerstandsheizung ausgebildet.The heating device is advantageously designed as an electrical resistance heater.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Heizleiter dieser Heizeinrichtung in Nuten einer der den Spalt begrenzenden Wandungen eingelegt. Hierdurch kann auf eine aufwendige Beheizung der aneinandergrenzenden Wandungen verzichtet werden.According to a further advantageous embodiment, the heating conductors of this heating device are in one of the grooves inserted walls delimiting the gap. This can rely on a complex heating of the adjacent walls are dispensed with.

Weiter ist als vorteilhaft anzusehen, daß das Lot auf der Basis von Silber oder Gold oder Palladium aufgebaut ist. Durch diese Ausgestaltung kann der Lötvorgang ohne Vakuum oder Schutzgas erfolgen.It is also to be regarded as advantageous that the solder is based on silver or gold or palladium is constructed. With this configuration, the soldering process can take place without a vacuum or protective gas.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung in Verbindung mit den zusätzlichen Unteransprüchen. Es zeigt
F i g. 1 eine Verbindung eines Wärmespeichers mitFurther features and advantages of the invention emerge from the following description of an exemplary embodiment with reference to the drawing in conjunction with the additional subclaims. It shows
F i g. 1 a connection of a heat accumulator with

einer Erhitzerkopfkammer gemäß der Erfindung, teilweise im Schnitt,a heater head chamber according to the invention, partially in section,

Fig.2 eine schematische Darstellung eines Heißgasmotors. 2 shows a schematic representation of a hot gas engine.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Erhitzerkopfkammer, die mit einer Wärmespeicherkammer 2 lösbar verbunden ist, bezeichnet. Unterhalb der Wärmespeicherkammer 2 befindet sich der Wärmespeicher 12. Durch diese Wärmespeicherkammer 2 und dem Wärmespeicher 12 verläuft ein Speicherwärmerohr, das mit 13 bezeichnet ist Die Wärmespeicherkammer 2 weist einen zy'indrischen Ansatz 3 auf, der in eine Ausnehmung 4 der Erhitzerkopfkammer 1 eingreift Durch eine Wandung 5 der im Durchmesser größeren Ausnehmung 4 der Erhitzerkopfkammer 1 und eine Wandung 6 des im Durchmesser kleineren Ansatzes 3 der Wärmespeicherkammer 2 wird ein Spalt 7 gebildet In der Wandung 5 der Ausnehmung 4 ist eine als elektrische Widerstandsheizung ausgebildete Heizeinrichtung 8, die bis 1000 Grad Celsius belastbar ist, vorgesehen. Diese Heizeinrichtung 8 besteht aus einem Heizleiter, der in Nuten 9 der Wandung 5 der Ausnehmung 4 mit einem Hochtemperaturlot, wie zum Beispiel Nicobraz 210, eingelötet ist Die Löttemperatur ist ca. 1150 Grad Celsius. Der Heizleiter ist so in die Nuten 9 der Wandung 5 eingebracht, daß er spiralförmig diese Wandung 5 durchsetzt Die Heizleiterenden 10 der Heizeinrichtung 8 treten aus dem oberen Bereich der Erhitzerkopfkammer 1 aus. An diesen Enden 10 befinden sich die Stromanschlüsse 11, die mit einer nicht dargestellten Stromquelle verbunden sind. Der Spalt 7 ist mit einem Material ausgefüllt, das aus einem Silberoder Gold- oder Palladiumlot besteht, dessen Schmelzpunkt über der im Betrieb im Spalt 7 auftretenden Höchsttemperatur von 850 bis 900 Grad Celsius jedoch unter 1000 Grad Celsius liegt.In Fig. 1, 1 is a heater head chamber with a heat storage chamber 2 is releasably connected, referred to. Below the heat storage chamber 2 The heat accumulator 12 is located through this heat accumulator chamber 2 and the heat accumulator 12 runs a storage heat pipe, which is denoted by 13. The heat storage chamber 2 has a cylindrical Approach 3 which engages in a recess 4 of the heater head chamber 1 through a wall 5 the larger diameter recess 4 of the heater head chamber 1 and a wall 6 of the im Diameter of the smaller extension 3 of the heat storage chamber 2, a gap 7 is formed in the wall 5 the recess 4 is designed as an electrical resistance heater 8, the up to 1000 degrees Celsius is provided. This heating device 8 consists of a heating conductor, which in Grooves 9 of the wall 5 of the recess 4 with a high-temperature solder, such as Nicobraz 210, is soldered in. The soldering temperature is approx. 1150 degrees Celsius. The heating conductor is so in the grooves 9 of the Wall 5 introduced that it spirally penetrates this wall 5 The heating conductor ends 10 of the The heating device 8 emerges from the upper area of the heater head chamber 1. At these ends 10 are the power connections 11 that are not with a are connected to the power source shown. The gap 7 is filled with a material made of a silver or There is gold or palladium solder, the melting point of which is above that occurring in the gap 7 during operation Maximum temperature of 850 to 900 degrees Celsius but below 1000 degrees Celsius.

In Fig.2 ist schematisch ein kompletter Heißgasmotor dargestellt Die Bezugszeichen entsprechen denen in Fig. 1. Man unterscheidet einmal zwischen dem Wärmetransportsystem des Wärmespeichers 12, bestehend aus Wärmespeicherkammer 2 und dem Speicherwärmerohr 13, und dem Wärmetransportsystem des Heißgasmotors, bestehend aus Erhitzerkopfkammer 1 und dem Brennerwärmerohr 14. Der Heißgasmotor 15 weist einen eigenen Brenner 16 und der Wärmespeicher ebenfalls einen eigenen Brenner 17 auf. Die beiden Wärmetransportsysteme sind über die Erhitzerkopfkammer 1 und die Wärmespeicherkammer 2 miteinander lösbar verbunden. Diese lösbare Verbindung wird als thermische Kupplung, die hier der Deutlichkeit halber mit 18 bezeichnet ist, bezeichnetIn Fig.2 is a complete hot gas engine is schematically The reference numerals correspond to those in Fig. 1. A distinction is made between the Heat transport system of the heat storage 12, consisting of the heat storage chamber 2 and the storage heat pipe 13, and the heat transport system of the hot gas engine, consisting of heater head chamber 1 and the burner heating pipe 14. The hot gas engine 15 has its own burner 16 and the heat accumulator also has its own burner 17. The two heat transport systems are via the heater head chamber 1 and the heat storage chamber 2 releasably connected to one another. This releasable connection will referred to as a thermal coupling, which is designated here for the sake of clarity by 18

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Wärmespeicherkammer 2 mit ihrem Ansatz 3 in die Ausnehmung 4 der Erhitzerkopfkammer 1 eingeführt. Der so entstandene Spalt wird dann mit einem Material in Form eines Silberlotes aufgefüllt Durch die Heizeinrichtung 3 wird dieses zuvor pulverförmige SpaltfüUmaterial verflüssigt Nach dem Erkalten des Spaltfüllmaterials ist so eine gelötete Verbindung zwischen der Wärmespeicherkammer 2 und der Erhitzerkopfkammer 1 eingetreten. Das Spaltfüllmaterial einer derartigen thermischen Kupplung 18 ist bei einer Betriebstemperatur von ca. 850 bis 900 Grad Celsius plastisch bzw. fest Durch diesen festen bzw. plastischen Zustand wird sine Reaktion des Spaltfüllmaterials mit dem Material der umgebenden Wandungen vermieden. Eine solche Reaktion könnte zum einen eine Versprödung des Wandmaterials entlang der Korngrenzen durch eindringendes, flüssiges Spaltmaterial sein, wodurch die Festigkeit des Wandmaterials stark herabgesetzt wird. Zum andern könnte es zu einem Lösungsvorgang, einer Oberflächenkorrosion, das festen Wandmaterials in einem flüssigen SpaltfüUmaterial kommen. Ferner kommt es bei Betriebstemperatur zwischen dem SpaltfüUmaterial und der Umgebung zu keiner Reaktion, so daß ein Arbeiten unter Schutzatmosphäre bzw. mit abgedichtetem Spalt entfallen kann.When using the device according to the invention, the heat storage chamber 2 is inserted with its extension 3 into the recess 4 of the heater head chamber 1. The gap created in this way is then filled with a material in the form of a silver solder.This previously powdery gap filling material is liquefied by the heating device 3. The gap filler such thermal coupling 18 is at an operating temperature of about 850 to 900 degrees Celsius or plastically determined by these solid or plastic state reaction of the sine-gap filler material is avoided with the material of the surrounding walls. Such a reaction could be, on the one hand, an embrittlement of the wall material along the grain boundaries due to penetrating, liquid gap material, whereby the strength of the wall material is greatly reduced. On the other hand, there could be a dissolution process, surface corrosion, of the solid wall material in a liquid gap-filling material. Furthermore, at operating temperature there is no reaction between the gap-filling material and the environment, so that working in a protective atmosphere or with a sealed gap can be dispensed with.

Eine derartige thermische Kupplung 18 ist besonders günstig, wenn der Wärmespeicher 12 im Reparaturfall ausgebaut werden muß. Das SpaltfiMlmaterial dieser thermischen Kupplung kann dann wieder verflüssigt werden und so der Lötvorgang aufgehoben werden. Eine Trennung der Wärmespeicherkammer 2 und der Erhitzerkopfkammer 1 ist somit sehr einfach möglich. Hierbei ist besonders als vorteilhaft zu erwähnen, daß der Heißgasmotor 15 durch Abtrennen des Wärmespeichers 12 nicht betriebsunfähig wird, so daß er mit vollem Einsatz weiterbetrieben werden kann. Durch das An- und Abkoppeln des Wärmespeichers 12 mittels des Spaltfüllmateriais sind auch Wärmespeicher mit verschiedenen großen Fassungsvermögen anzubringen. Durch den Brenner 17 werden die Wärmespeicher 12 je nach Verbrauch über die Wärmerohre 13 immer wieder neu geladen, wobei der Brenner 17 für die im Fassungsvermögen kleineren oder größeren Wärmespeicher verwendet werden kann. Es werden sich dann nur jeweils die Ladungszeiten ändern. Außerdem können die einzelnen Aggregate, wie Wärmespeicher 12 und Heißgasmotor 15, einzeln gefertigt werden und erst bei Bedarf mittels des Spaltfüllmaterials verbunden werden.Such a thermal coupling 18 is particularly advantageous when the heat accumulator 12 is repaired must be expanded. The gap film material of this thermal coupling can then be liquefied again and so the soldering process will be canceled. A separation of the heat storage chamber 2 and the Heater head chamber 1 is therefore very simple. It is particularly advantageous to mention that the hot gas engine 15 is not inoperable by disconnecting the heat accumulator 12, so that it is with full Use can continue to operate. By connecting and disconnecting the heat accumulator 12 by means of the Gap filling materials also have to be fitted with heat accumulators of various sizes. By means of the burner 17, the heat accumulators 12 are repeatedly relieved via the heat pipes 13, depending on the consumption reloaded, the burner 17 for the smaller or larger in capacity heat storage can be used. Only the charging times will then change. aside from that the individual units, such as heat accumulator 12 and hot gas engine 15, can be manufactured individually and are only connected by means of the gap filling material when required.

Weitere Möglichkeiten bestehen im Hinblick auf das Anbringen der Heizeinrichtung, die ebenso in dem Ansatz 3 vorgesehen werden kann. Außerdem kann die Erhitzerkopfkammer 1 einen Ansatz aufweisen, der dann in eine Ausnehmung der Wärmespeicherkammer 2 eingreift, so daß die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt ist.Further possibilities exist with regard to the attachment of the heating device, which are also in the Approach 3 can be provided. In addition, the heater head chamber 1 can have an approach that then engages in a recess of the heat storage chamber 2, so that the invention does not apply to that shown Embodiment is limited.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

ί. Hot gas engine, whose heater head chamber heat optionally by means of a during the Operating heat-generating heat source or can be supplied from a heat accumulator, thereby characterized in that the heat storage chamber (2) or the heater head chamber (1) one Approach (3) which engages in a recess (4) of the other part, forming a gap (7), wherein the gap (7) with one of the walls (5, 6) of the heat storage chamber delimiting the gap (7) (2) and the heater head chamber (1) connecting solder is filled, its melting point above the maximum temperature occurring during operation in the gap (7), and that to separate the Heat storage chamber (2) and the heater head chamber (1) in one of the gap (7) delimiting Walls (5, 6) a heating device (8) is provided for liquefying the solder

2. Hot gas engine according to claim 1, characterized in that the heating device (8) as electrical resistance heating is formed.

3. Hot gas engine according to claims 1 and 2, characterized in that the thermistor of the Heating device (8) are inserted into grooves (9) of one of the walls (5, 6) delimiting the gap (7).

4. Hot gas engine according to claim 1, characterized in that the extension (3) is cylindrical is trained.

5. Hot gas engine according to claim 1, characterized in that the solder is based on silver is constructed.

6. hot gas engine according to claim 1, characterized in that the Lo! based on gold is constructed.

7. Hot engine according to claim 1, characterized in that the solder is based on palladium is constructed.

8. hot gas engine according to one of claims 5 to 7, characterized in that the melting temperatures the solders are above 850 degrees Celsius but below 1000 degrees Celsius.

9. hot gas engine according to claim 1, characterized in that for soldering the heating conductor the heating device (8) is provided with a solder that can withstand loads of over 1000 degrees Celsius.