DE3903430A1

DE3903430A1 - Intermittent flow accelerator having a heat exchanger

Info

Publication number: DE3903430A1
Application number: DE19893903430
Authority: DE
Inventors: Friedrich Becker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-02-06
Filing date: 1989-02-06
Publication date: 1990-08-09

Abstract

The invention relates to a fluid-flow engine in which a pulsating gas flow is generated by the supply and dissipation of heat in heat exchangers situated immediately one behind another and by at least one valve.

Description

Wärmekraftmaschinen arbeiten bisher in der Hauptsache nach dem Prinzip, daß ein Gas erhitzt wird und daß die dadurch verursachte Drucksteigerung in einem geeigneten Entspannungsvorgang zur Ver richtung von Arbeit ausgenutzt wird. Zur Steigerung der Effekti vität wird üblicherweise das Gas vor der Erhitzung komprimiert.So far, heat engines mainly work according to the Principle that a gas is heated and that this is caused Pressure increase in a suitable relaxation process for ver direction of work is exploited. To increase the effect The gas is usually compressed before it is heated.

Der Nachteil bei all den darauf beruhenden Prozessen liegt darin, daß das komprimierte und erhitzte Gas direkt auf die sich bewe genden Teile der Wärmekraftmaschine wie Kolben und Schaufelräder oder dergleichen auftrifft und diese mechanisch oft sehr genau aufeinander abgestimmten Teile durch das komprimierte oder schnell strömende und erhitzte Gas großen Belastungen aussetzt. Aus diesem Grunde sind dem erreichbaren Wirkungsgrad von Wärme kraftmaschinen durch mechanische Festigkeit, thermische Aus dehnung und Hitzebeständigkeit deutliche Grenzen gesetzt.The downside to all of the processes based on it is that the compressed and heated gas is directly on the move parts of the heat engine such as pistons and paddle wheels or the like occurs and this mechanically often very precisely coordinated parts through the compressed or fast flowing and heated gas is exposed to large loads. For this reason, the achievable efficiency of heat Engines through mechanical strength, thermal out stretch and heat resistance set clear limits.

Die vorliegende Erfindung versucht diese Nachteile zum Teil zu umgehen, indem das komprimierte und heiße Gas nicht sofort auf bewegte Teile trifft, sondern bereits abgekühltes Gas und sich weiter abkühlendes Gas durch direkte Einwirkung verdichtet. Das derart verdichtete Gas kann dann aus einer Düse ausströmen und z. B. dem Antrieb von Arbeitsmaschinen dienen.The present invention attempts to overcome some of these disadvantages bypass the compressed and hot gas immediately moving parts hits, but already cooled gas and itself further cooling gas compressed by direct action. The gas compressed in this way can then flow out of a nozzle and Z. B. serve to drive work machines.

Nach Abb. 1 besteht der intermittierende Strömungsbeschleuniger aus einem sich auf einer Seite erweiternden und auf der anderen Seite verengenden Gefäß (1), in dem zwei Wärmetauscher (3) und (4) angebracht sind, die durch Rohrleitungen (5) miteinander verbunden sind. Ein in den Rohrleitungen befindlicher Wärme träger wird mit Hilfe der Pumpe (6) umgepumpt und in einem Wärmetauscher (7) erhitzt.According to Fig. 1, the intermittent flow accelerator consists of a vessel ( 1 ) that widens on one side and narrows on the other, in which two heat exchangers ( 3 ) and ( 4 ) are attached, which are connected to each other by pipes ( 5 ). A heat carrier in the pipes is pumped around with the help of the pump ( 6 ) and heated in a heat exchanger ( 7 ).

Der Zustrom des zu beschleunigenden Mediums in das Wärme tauschergefäß (1) wird durch ein sich selbsttätig öffnendes und schließendes Ventil (8) geregelt. An der Austrittsöffnung kann ebenfalls ein sich selbsttätig öffnendes und schließendes Ventil (9) angebracht sein, wenn die Regelung des Austritts des zu be schleunigenden Mediums nicht durch ein Rohr mit pulsierender Strömung geschieht. The inflow of the medium to be accelerated into the heat exchanger vessel ( 1 ) is regulated by an automatically opening and closing valve ( 8 ). At the outlet opening, an automatically opening and closing valve ( 9 ) can also be attached if the regulation of the outlet of the medium to be accelerated is not done by a tube with a pulsating flow.

An das Wärmetauschergefäß (1), bzw. an das Rohr mit pulsierender Strömung kann eine Turbine (10) - eventuell mit nachgeschaltetem Verdichter - oder eine andere Kraftmaschine angeschlossen sein. Zwischen der Turbine (10) und dem Sammelgefäß (11) ist ein Küh ler (12) angebracht, wenn die Kühlung nicht schon in einem Küh ler (13) des Wärmeträgerkreislaufs versorgt wird. Das Sammelge fäß (11) dient dem Volumenausgleich, der durch die periodische Erhitzung und Kühlung des Mediums nötig wird, und ist mit einer verformbaren Wand (14) o. ä. ausgestattet.A turbine ( 10 ) - possibly with a downstream compressor - or another engine can be connected to the heat exchanger vessel ( 1 ) or to the tube with a pulsating flow. Between the turbine ( 10 ) and the collecting vessel ( 11 ), a cooler ( 12 ) is attached if the cooling is not already supplied in a cooler ( 13 ) of the heat transfer circuit. The collecting vessel ( 11 ) is used for volume compensation, which is necessary due to the periodic heating and cooling of the medium, and is equipped with a deformable wall ( 14 ) or the like.

Weitere Konstruktionsmerkmale und Besonderheiten der Bauweise werden weiter unten beschrieben.Other design features and special features of the construction are described below.

Im folgenden wird die Funktionsweise des intermittierenden Strömungsbeschleunigers dargestellt.The following is how the intermittent works Flow accelerator shown.

Als zu beschleunigendes Medium sind im Prinzip sowohl Gase als auch verschiedene Flüssigkeiten wie z. B. Thermoöle und Salz- oder Metallschmelzen denkbar. Im folgenden wird ein Gas als zu beschleunigendes Medium angenommen.In principle, both gases and also different liquids such as B. Thermal oils and salt or molten metal conceivable. The following is a gas as too accelerating medium adopted.

Die Wärmetauscher (3) und (4) werden von einem Wärmeträger in der Weise durchströmt, daß der erhitzte Wärmeträger den ersten Wärmetauscher in der Richtung von der Mitte des Gefäßes zum Eingangsventil durchströmt. Dabei gibt er seine Wärme kontinu ierlich abnehmend an das im Gefäß befindliche Gas ab. Anschlie ßend wird der Wärmeträger, eventuell nach vorheriger Kühlung (wenn die Kühlung nicht im Kreislauf des zu beschleunigenden Gases erfolgt), in den zweiten Wärmetauscher (4) gepumpt, und zwar in der Richtung von der Austrittsöffnung des zu beschleu nigenden Gases zur Mitte des Gefäßes hin. Der Wärmeträger nimmt dabei Wärme von dem Gas auf und strömt vorgeheizt in den Erhitzer (7), von dem aus es wieder dem ersten Wärmetauscher zu strömt.The heat exchangers ( 3 ) and ( 4 ) are flowed through by a heat carrier in such a way that the heated heat carrier flows through the first heat exchanger in the direction from the center of the vessel to the inlet valve. It continuously releases its heat to the gas in the vessel. Subsequently, the heat transfer medium, possibly after prior cooling (if the cooling does not take place in the circuit of the gas to be accelerated), is pumped into the second heat exchanger ( 4 ), namely in the direction from the outlet opening of the gas to be accelerated to the center of the vessel there. The heat transfer medium absorbs heat from the gas and flows preheated into the heater ( 7 ), from which it flows back to the first heat exchanger.

Durch den Wärmeübergang am ersten Wärmetauscher (3) steigt der Druck des Gases an und strebt es danach, sich auszudehnen. Da das Ventil der Einströmöffnung (8) durch den ansteigenden Druck geschlossen wird, kann sich das Gas nur dadurch ausdehnen, daß es weiteres Gas aus dem Raum des zweiten Wärmetauschers ver drängt, das nun aus dem sich öffnenden Ventil (9) der Austritts öffnung ausströmt und dabei die Druckenergie in Bewegungsenergie umformt.Due to the heat transfer at the first heat exchanger ( 3 ), the pressure of the gas rises and strives to expand. Since the valve of the inflow opening ( 8 ) is closed by the increasing pressure, the gas can only expand by displacing further gas from the space of the second heat exchanger, which now flows out of the opening valve ( 9 ) of the outlet opening and converted the pressure energy into kinetic energy.

Ab einem bestimmten Punkt der Ausdehnung des erhitzten Gases und dem Ausströmen des gekühlten Gases wird der Druck in Richtung der Einströmöffnung so gering, daß das dortige Ventil (8) sich öffnet und weiteres Gas in das Wärmetauschergefäß einströmt. Das Ein strömen wird gleichzeitig unterstützt durch die Sogwirkung des unter Beschleunigung aus dem Wärmetauschergefäß ausströmenden Gases. Durch das neu eingeströmte Gas ist das im ersten Wärme tauscher erhitzte Gas in den zweiten Wärmetauscher überführt wor den. Dort hat es schon während der Überführung kontinuierlich Wärme an den zweiten Wärmetauscher (4) abgegeben. Dadurch ist eine Druckverminderung eingetreten, die die Sogwirkung zum Ein strömen von weiterem Gas unterstützt hat und beim Vorhanden sein eines Ventils (9) an der Austrittsöffnung dasselbe ge schlossen hat. Das neu eingeströmte gekühlte Gas wird wiederum erhitzt, und der Prozeß beginnt von neuem.At a certain point in the expansion of the heated gas and the outflow of the cooled gas, the pressure in the direction of the inflow opening becomes so low that the valve ( 8 ) there opens and further gas flows into the heat exchanger vessel. The inflow is supported at the same time by the suction effect of the gas flowing out of the heat exchanger vessel under acceleration. The gas that has been heated in the first heat exchanger has been transferred to the second heat exchanger by the newly flowing gas. There it has already continuously given off heat to the second heat exchanger ( 4 ) during the transfer. This has resulted in a reduction in pressure, which has supported the suction effect for a flow of further gas and, in the presence of a valve ( 9 ) at the outlet opening, has closed the same thing. The newly flowed cooled gas is heated again and the process begins again.

Bis zum Erreichen der maximalen Leistung braucht der Prozeß eine gewisse Anlaufphase, d. h. es sind mehrere Durchläufe der beschrie benen Art notwendig, bis das einströmende Gas eine genügend hohe Geschwindigkeit hat und sich im Raum des ersten Wärmetauschers ein genügend hoher statischer Druck herausbildet.The process takes one to reach maximum performance certain start-up phase, d. H. there are several runs of the described level necessary until the inflowing gas is sufficiently high Has speed and is in the space of the first heat exchanger a sufficiently high static pressure develops.

Nach Abb. 2 können zwei Strömungsbeschleuniger derart hinterein ander geschaltet sein, daß das aus einem Strömungsbeschleuniger (15) austretende Gas in einen weiteren Strömungsbeschleuniger (16) eintritt. Es läßt sich so ein Kreisprozeß herstellen, bei dem eine Kraftmaschine abwechselnd von beiden Strömungsbeschleu nigern angetrieben wird, oder es kann, wie in der Abb. 2 gezeigt, ein Teil des Gasstroms durch eine Abzweigung (17) abgezweigt und durch eine Zuleitung (18) wieder zugeführt werden.According to Fig. 2, two flow accelerators can be connected in series so that the gas emerging from a flow accelerator ( 15 ) enters a further flow accelerator ( 16 ). A cycle can be produced in which an engine is driven alternately by both flow accelerators, or, as shown in FIG. 2, part of the gas flow can be branched off through a branch ( 17 ) and through a feed line ( 18 ). be fed again.

Das Wärmetauschergefäß (1) kann in verschiedener Form gestaltet sein. Es kann die Form von zwei zusammengesetzten zylindrischen Düsen haben, in denen die Wärmetauscher auf geeignete Weise un tergebracht sind, oder es kann nach der Art der Abb. 3 eine flache Form (19) haben, so daß das Wärmeträgermedium durch seit lich angebrachte Gefäße (20) bzw. bei einer reihenartigen Zu sammenfügung der Wärmetauschergefäße in den Zwischenräumen (21) zwischen den Wärmetauschergefäßen strömen kann. The heat exchanger vessel ( 1 ) can be designed in various forms. It can take the form of two composite cylindrical nozzles in which the heat exchangers are accommodated in a suitable manner, or it can have a flat shape ( 19 ) according to the type of Fig. 3, so that the heat transfer medium through laterally attached vessels ( 20 ) or in a row-like assembly of the heat exchanger vessels in the spaces ( 21 ) between the heat exchanger vessels can flow.

Die Strömungen im Inneren der Gefäße mögen dabei durch geeig nete Wellungen der Wände oder durch Rippen geleitet werden.The currents inside the vessels may be suitable nete corrugations of the walls or by ribs.

Nach Abb. 4 kann das flach gestaltete Wärmetauschergefäß (22) in seiner Mitte eine Biegung von 180° aufweisen, so daß die Einströmdüse (23) neben die Ausströmdüse (24) zu liegen kommt und damit die Wärme direkt - ohne einen eigenen Wärmetauscher Kreislauf - von der Einströmdüse (23) auf die Ausströmdüse (24) übertragen wird. Derartige Wärmetauschergefäße können zu Reihen zusammengestellt und an der freiliegenden Biegung (25) geheizt werden. Die Wärmeabfuhr geschieht bei dieser Konstruktion im Kreislauf des zu beschleunigenden Gases.According to Fig. 4, the flat-shaped heat exchanger vessel ( 22 ) can have a bend of 180 ° in its center, so that the inflow nozzle ( 23 ) comes to lie next to the outflow nozzle ( 24 ) and thus the heat directly - without its own heat exchanger circuit - is transferred from the inflow nozzle ( 23 ) to the outflow nozzle ( 24 ). Such heat exchanger vessels can be put together in rows and heated on the exposed bend ( 25 ). In this construction, heat is dissipated in the cycle of the gas to be accelerated.

Claims

1. Apparatus and method for accelerating gases and / or liquids by supplying heat, characterized in that the medium to be accelerated flows through a valve in a first heat exchanger in which it absorbs heat and thereby expands from a certain warming and volume increase, the inflow valve closes automatically, that the heated and expanding medium flows into a second heat exchanger in which heat is extracted from it and it compresses, that the cooled medium flows out through a nozzle and a valve and that in the second heat exchanger through one Heat carrier in the countercurrent extracted heat is conducted after further heating in the first heat exchanger, where the heat is again drawn in countercurrent in order to be returned to the second heat exchanger again, possibly with prior cooling.

2. Device and method according to claim 1, characterized records that in place of the outflow valve a long enough Tube occurs in which the flow of the medium depending on the opening and Closing of the inlet valve pulsates.

3. Device and method according to claim 1 and 2, characterized characterized in that the heat exchangers are designed as flat nozzles be connected to each other at their wide ends are.

4. The device according to claim 3, characterized in that the heat-absorbing and absorbing carrier medium by side brought heat exchanger flows, or in series-like combination position of the nozzles by heat exchangers in the space between circulates through the nozzles.

5. The device according to claim 3, characterized in that the flat nozzles are not in a straight line one after the other are next to each other after a bend of 180 °, so that the heat exchange happens directly between the nozzles can and the supply of heat on the outside of the deflection of the Nozzles happens.

6. The device according to claim 1 to 5, characterized in that that to increase heat transfer the walls of the nozzles in Flow direction is wavy or wear ribs.

7. The device according to claim 1 to 6, characterized in that that the medium emerging from the outlet openings of the nozzles is combined into a jet by pipelines.

8. The device according to claim 1 to 6, characterized in that that two or more flow accelerators in a row ge are switched, so that from a flow accelerator entering medium into another flow accelerator occurs.

9. The device according to claim 8, characterized in that the Series connection results in a circular process.