DE2715877C3 - - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizvorrichtung zum Zuführen von Wärme zu einem Wärmeverbraucher, insbesondere zu einem Heißgasmotor, mit einem geschlossenen Raum, in dem ein oder mehrere Behälter angeordnet sind, die ein mittels mindestens einer primären Wärmequelle erwärmbares, schmelzbares, wärmespeicherndes Material enthalten, das als sekundäre Wärmequelle über eine oder mehrere wärmedurchlässige Behälterwände mit einem im geschlossenen Raum befindlichen Wärmetransportmedium Wärme austauschen kann, das durch einen Veidampfungskondensationskreislauf Wärme von den Behältern zum Wärmeverbraucher transportiert, wobei weiter in jedem der Behälter zur Regelung des Drucks innerhalb <o der Behälter ein gasförmiges Medium vorhanden ist.

Eine Heizvorrichtung der obengenannten Art ist aus der DE-OS 22 49 741 bekannt.

Das schmelzbare wärmespeichernde Material kann beispielsweise LiF; CaF₃; SrF₂; NaCl und andere Metallsalze oder Gemische derselben sein.

Sind mehrere Behälter für das wärmespeichernde Material vorhanden, so können diese untereinander unabhängig angeordnet sein oder miteinander in Reihe oder parallelgeschaltet mit einer oder mehreren so gemeinsamen Füll- und/oder Abführungsleitungen verbunden sein.

Da die Heizvorrichtung über einen großen Temperaturbereich betrieben wird (von Raumtemperatur bis zu Temperaturen über 150O⁰C) können die Behälter nicht ss völlig gefüllt werden, weil das bei ansteigender Temperatur zunehmende Volumen des wärmespeichernden Materials berücksichtigt werden muß.

Die Volumenzunahme der schmelzenden wärmespeichernden Metallsalze liegt, von Raumtemperatur w bis zur Betriebstemperatur gehend, im allgemeinen in der Größenordnung von 20 bis 30%.

In der Praxis wird dies meistens durch einen geeignet gewählten Füllgrad des Behälters berücksichtigt, obschon auch andere Lösungen möglich sind, beispielswei- se die Verwendung eines Überlaufbehälters für flüssiges Metallsalz.

Damit der Verdampfungskondensationsprozeß des

Wärmetransportmediums im geschlossenen Raum gut verläuft, wird dieser Raum normalerweise evakuiert. Bei Raumtemperatur herrscht dann ein niedriger Druck im geschlossenen Raum, Je nachdem die Betriebstemperatur der Vorrichtung ansteigt, nimmt der Dampfdruck des Wärmetransportmediums im geschlossenen Raum stark zu. Dies bedeutet, daß die Behälterwände auf der Außenseite stark wechselnden Drücken ausgesetzt sind, wobei der größte Druck bei der höchsten Betriebstemperatur auftritt.

In den Behältern befindet sich über dem wärmespeichernden Material ein Gas, dessen Druck bei den auftretenden Betriebstemperaturen der Vorrichtung innerhalb gewisser Grenzen gehalten wird und zwar mittels einer Regelvorrichtung. Die Behälterwände stehen auf der Innenseite also unter dem Einfluß innti'halb zweier Grenzwerte liegender Drücke.

Das Resultat ist, daß die Behälterwände wechselnden mechanischen Belastungen ausgesetzt werden und zwar infolge des veränderlichen Druckunterschiedes zwischen einerseits dem veränderlichen Wärmetransportmediumdruck im geschlossenen Raum und andererseits dem mehr oder weniger als konstant zu betrachtenden Druck im Behälter.

Aus diesem Grunde müssen die Behälterwände relativ dick ausgebildet sein. Sie müssen ja die bei den höchsten Betriebstemperaturen auftretenden größten Druckunterschiede aushalten. Dicke Behälterwände weisen jedoch einen grotfen Wärmewiderstand auf und machen die Vorrichtung schwer.

Die Erfindung bezweckt nun, die beschriebenen Nachteile auf einfache Weise auszuschalten, d. h. die geschilderten veränderlichen Druckunterschiede an den Behälterwänden zu beseitigen, und den Aufbau der Heizvorrichtung zu vereinfachen.

Dazu weist die erfindungsgemäße Heizvorrichtung das Kennzeichen auf, daß das gasförmige Medium einen derartigen Fülldruck hat, daß beim Schmelzanfang des wärmespeichernden Materials der Druck in den Behältern dem Druck im Raum gleich bzw. nahezu gleich ist.

Auf diese Weise ist zwangsläufig gewährleistet, daß der Druck innerhalb der Behälter immer dem Druck außerhalb der Behälter entspricht bzw. etwas größer ist als dieser Druck mit dem kleinst möglichen Überdruck.

Eine einzelne Druckregelvorrichtung ist nun nicht länger erforderlich, was eine Vereinfachung bedeutet.

Ohne Gefahr von Explosion bzw. Implosion der Behälter können die Behälterwände nun dünne Wände mit niedrigen Wfcrmewiderstandswerten sein, was einerseits die Einrichtung leichter im Gewicht und günstiger im Preis macht, andererseits eine verbesserte Wärmeübertragung zwischen dem wärmespeichernden Material in den Behältern und dem Wärmetransportmedium außerhalb derselben im geschlossenen Raum ergibt.

Der Wärmeverbraucher, dem von der Heizvorrichtung nach der Erfindung Wärme zugeführt wird, ist vorzugsweise ein Heißgasmotor, kann aber auch eine Gasturbine oder Dampfmaschine sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

F i g. I zeigt einen Längsschnitt durch einen Heißgaskolbenmotor mit einer Heizvorrichtung, die mit drei Behältern für wärmespeicherndes Material und Regelglas ausgebildet ist.

Fig. 2 zeigt auf graphische Weise den Verlauf des

Druckes P innerhalb sowie außerhalb der Behälter als Funktion der Temperatur T.

In Fig. I ist mit dem Bezugszeichen 40 ein Rohr bezeichnet, das einen geschlossenen Raum 41 begrenzt, in dem einerseits drei Behälter 42, 43, 44 und andererseits die Erhitzerrohre 45 eines HeiQgasmotors 46 angeordnet sind.

Die Wände des Rohres 40 sind auf der Innenseite und die wärmedurchlässigen Wände der Behälter 42,43 und 44 auf der Außenseite mit einer Kapillarstruktur 47 verkleidet Innerhalb der Behälter befindet sich schmelzbares wärmespeicherndes Material 48 und Ober demselben ein Inertgas 49.

Die Behälter 42,43 und 44 sind miteinander in offener Verbindung und an eine .gemeinsame Füll- und Abführungsleitung 50 angeschlossen, die mittels eines Hahnes 51 abgeschlossen ist Als primäre Wärmequelle ist ein elektrisches Heizelement 52 wirksam, das direkt sowie durch Verdampfung von Wärmetransportmedium im Raum 41 dem wärmespeichernden Material 48 Wärme zuführt Gibt dieses Material über die wärmedurchlässigen Behälterwände dem Wärmetransportmedium im Raum 41 Wärme ab, so verdampft dieses Medium, strömt zu den Erhitzerrohren 45 und kondensiert daran unter Angabe der Wärme durch die Erhitzerrohrwände hindurch zu dem durch diese Rohre strömenden Arbeitsmedium im Motor (beispielsweise Helium oder Wasserstoff). Das an den Erhitzerrohren gebildete Kondensat wird über die Kapillarstruktur 47 zu den Behältern 42,43,44 zurückgeführt, um abermals verdampft zu werden.

Der Partialdruck des Gases 49 ist am Anfang des Schmelzprozesses des wärmespeichernden Materials 48 derart, daß der Druck in den Behältern dem Druck im Raum 41 nahezu entspricht.

Bei anderen Betriebstemperaturen ist der Druck in den Behältern dann immer etwas größer als außerhalb derselben, so daß keine Implosionsgefahr in bezug auf die Behälter vorliegt.

Auf gleiche Weise gibt es wegen des geringen Überdruckes keine Explosionsgefahr. Dies ist in Fig.2 näher dargestellt. Vorausgesetzt wird, daß als schmelzbares wärmespeicherndes Material in den Behältern 42—44 LiF vorhanden ist und als Wärmetransportmedium im Raum 41 Na.

Das Gas kann beispielsweise Ar sein.

Die Kurve I zeigt den Druck /^innerhalb der Behälter 42—44 als Funktion der Temperatur T. LiF hat einen Schmelzpunkt von 1121°K. Bei dieser Temperatur ist der Dampfdruck vernachlässigbar klein.

Die Kurve II bezieht sich auf den Druck im Raum 41 (Natriumdampfdruck) als Funktion der Temperatur.

Fast über die ganze dargestellte Strecke.-it der Druck innerhalb der Behälter etwas größer als außerhalb derselben Dort, wo das wärmespeichernde Material zu schmelzen anfängt (an der Stelle A), sind der Innen- unH Außendruck gleich. Das Schmelzen ist an der Stelle B beendet.

In dem Falle, wo außer dem Dampf des wärmespeichernden Materials Dampf einer anderen Flüssigkeit in den Behältern 49 vorhanden ist, soll der Druck des Füllgases entsprechend niedriger gewählt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Hefevorrichtung zum Zuführen von Wärme zu einem Wärmeverbraucher, insbesondere zu einem Heißgasmotor, mit einem geschlossenen Raum, in dem ein oder mehrere Behälter angeordnet sind, die ein mittels mindestens einer primären Wärmequelle erwärmbares, schmelzbares, wärmespeicherndes Material enthalten, das als sekundäre Wärmequelle über eine oder mehrere wärmedurchlässige Be- to hälterwände mit einem im geschlossenen Raum befindlichen Wärmetransportmedium Wärme austauschen kann, das durch einen Verdampfungskondensationskreislauf Wärme von den Behältern zu dem Wärmeverbraucher transportiert, wobei weiter in jedem der Behälter zur Regelung des Druckes innerhalb der Behälter ein gasförmiges Medium vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium einen derartigen Fülldruck hat, daß bei Schmelzanfang des wärmespeichernden Materials der Druck in den Behältern dem Druck im mum gleich bzw. nahezu gleich ist