DE3907767A1

DE3907767A1 - Heat exchanger for high-temperature applications

Info

Publication number: DE3907767A1
Application number: DE3907767A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Dr Michel
Original assignee: MAN Technologie AG
Current assignee: MT Decentralized Energy Systems GmbH
Priority date: 1989-03-10
Filing date: 1989-03-10
Publication date: 1990-09-13
Also published as: DE3907767C2

Abstract

For the purpose of uniform thermal transfer for high-temperature applications involving high thermal fluxes, a heat exchanger (12) is proposed which is completely filled with liquid metal (14) as heat carrier which transfers the thermal energy of a heat source (21) to a heat sink (11) which is largely surrounded by the liquid metal (14). The heat exchanger is operated in such a way that the liquid metal boils while forming vapour bubbles, with the result that the transport of heat is possible without recirculating (circulating, return) pumps. Such a heat exchanger is particularly suitable for coupling heat into the working gas of a multi-cylinder hot gas engine (10). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher für Hochtemperatur-Anwendungen mit Flüssigmetall als Wärme träger, das den Wärmestrom einer externen Heizquelle an eine Wärmesenke überträgt, wobei die Wärmesenke weitgehend vom Flüssigmetall umgeben ist. Es wird dabei an Anwendungen gedacht, bei denen die Wärmesenke Temperaturen bis zu etwa 1000°C aufweist, wie z. B. der Heizraum eines Heißgasmotors, inbesondere Stirling-Motors, Dampfererzeugers und der gleichen.The invention relates to a heat exchanger for High temperature applications with liquid metal as heat carrier that transfers the heat flow from an external heating source to a Transfers heat sink, the heat sink largely from Liquid metal is surrounded. It gets applications thought where the heat sink temperatures up to about 1000 ° C, such as. B. the boiler room of a hot gas engine, in particular Stirling engines, steam generator and the same.

Aus der DE-AS 16 01 462 ist ein Wärmetauscher dieser Art für Heißgasmotoren bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist der Erhitzerkopf des Heißgasmotors von einem Wärmetauscher behälter umgeben, der mit einem Metallbad gefüllt ist. Das Metallbad wird unter Nutzung exothermer Wärmeenergie auf hoher Temperatur gehalten, die bei der gesteuerten Reaktion des Metalls mit einem zugeführten Reaktionsmedium frei gesetzt wird. Als Metalle werden insbesondere Alkalimetalle vorgeschlagen, die sich aufgrund ihrer hohen Reaktionswärme auszeichnen. Bei der Reaktion verändert sich jedoch laufend die Zusammensetzung des Metallbades und somit auch seine physikalisch-chemischen Eigenschaften, insbesondere die Wärmeleitfähigkeit, da es sich mit Reaktionsprodukten, wie Salzen, anreichert, die teilweise fest ausfallen können. Dieses hindert einen kontinuierlichen Betrieb über eine längere Zeitdauer. From DE-AS 16 01 462 is a heat exchanger of this type known for hot gas engines. In this device, the Heater head of the hot gas engine from a heat exchanger surrounded container that is filled with a metal bath. The Metal bath is opened up using exothermic thermal energy kept at high temperature in the controlled reaction of the metal with a supplied reaction medium is set. In particular, alkali metals are considered as metals suggested that due to their high heat of reaction award. However, the response is constantly changing the composition of the metal bath and thus its physico-chemical properties, especially the Thermal conductivity as it deals with reaction products such as Salt, enriched, which can sometimes be solid. This prevents continuous operation over one longer time.

Die vorstehend genannte DE-AS zeigt eine weitere Ausführung auf, bei der die Reaktion nicht unmittelbar mit dem den Erhitzerkopf des Heißgasmotors umgebenden Metallbad erfolgt, sondern in einem getrennten System. Die Reaktionswärme wird dann über einen zweiten Wärmetauscher auf das Metallbad des ersten Wärmetauschers übertragen. Hierzu ist eine Umwälz pumpe vorgesehen, die das Flüssigmetall des ersten Wärme tauschers umwälzt. Ein derartiger Wärmetauscher ist jedoch für mehrzylindrige, kontinuierlich arbeitende Heißgasmotoren oder Großdampf-Erzeugeranlagen ungeeignet, da die Umwälz pumpe durch den dafür erforderlichen großen Massenstrom stark belastet wäre.The aforementioned DE-AS shows another embodiment where the reaction is not directly related to the Heater head of the hot gas engine surrounding metal bath takes place, but in a separate system. The heat of reaction will then via a second heat exchanger to the metal bath of the first heat exchanger transferred. There is a revolution in this Pump provided the liquid metal of the first heat exchangers. Such a heat exchanger is, however for multi-cylinder, continuously working hot gas engines or large steam generating plants unsuitable because of the recirculation pump through the large mass flow required for this would be heavily burdened.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärme tauscher der eingangs genannten Art dahingehend zu ver bessern, daß er auch für Anlagen mit hohem Wärmeenergie bedarf anwendbar ist.The invention has for its object a heat to ver exchanger of the type mentioned improve that it is also suitable for systems with high thermal energy is applicable.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved with the features of Claim 1 solved.

Hier erfolgt der Wärmetransport über die im siedenden Flüssigmetall aufsteigenden Dampfblasen, die bis nahe an die Wärmesenke wandern. Hierbei ist also keine Umwälz pumpe erforderlich, durch die einerseits die anwendbaren Temperaturen und andererseits der mögliche Massenstrom begrenzt werden würde. Here the heat is transported through the boiling Liquid metal rising vapor bubbles that are close to wander the heat sink. So there is no recirculation here pump required by which on the one hand the applicable Temperatures and on the other hand the possible mass flow would be limited.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß eine nahezu isotherme Wärmezufuhr zu den Wärmesenken möglich ist, insbesondere in Verbindung mit der hohen Wärmeleitfähigkeit des Flüssigmetalls. Unterstützt wird die isotherme Wärme übertragung durch den Tatbestand, daß sich die Siede temperatur des Metallbades genau auf die Erfordernisse der Wärmesenke einstellen läßt, was gleichzeitig eine Entlastung der Energieübertragungsanlage durch Anwendung von geringeren Temperaturen bedeutet.Another advantage of the invention is that a almost isothermal heat supply to the heat sinks is possible, especially in connection with the high thermal conductivity of the liquid metal. The isothermal heat is supported transfer by the fact that the boil temperature of the metal bath exactly to the requirements of the Lets set heat sink, which is a relief at the same time the power transmission system by using smaller ones Temperatures means.

Bei der Anwendung des Wärmetauschers gemäß der Erfindung stellt sich bei mehrzylindrigen Stirlingmotoren heraus, daß das in den Erhitzerrohren des Motors expandierende Arbeits gas den angebotenen Wärmestrom ebenfalls bei fast isothermen Zuständen aufnimmt. Die Gastemperaturschwankungen sind bei Verwendung von flüssigem Natrium sehr klein, außerdem läßt sich ebenfalls eine Homogenität der Temperaturen zwischen den Erhitzerköpfen der verschiedenen Motorzylinder fest stellen.When using the heat exchanger according to the invention it turns out in multi-cylinder Stirling engines that the work expanding in the heater tubes of the engine gas the offered heat flow also at almost isothermal States. The gas temperature fluctuations are at Use of liquid sodium very small, moreover, leaves there is also a homogeneity of temperatures between the heater heads of the various engine cylinders put.

Für Temperaturanwendungen zwischen 600 und 1000°C eignen sich insbesondere als Wärmeträger flüssige Alkalimetalle, wie z. B. Na, K, Li, die eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen.Suitable for temperature applications between 600 and 1000 ° C liquid alkali metals in particular as heat carriers, such as B. Na, K, Li, which have a very high thermal conductivity have.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher eignet sich zur Über tragung von Solarenergie an Hochtemperaturwärmesenken. Der Wärmetauscher wird dazu entsprechend ausgebildet, z. B. durch eine konkave oder konvexe Receiverwandung des Wärme tauschers. Daran angebrachte Wärmerohrbündel dienen zur Erhöhung der Wärmestromdichte. The heat exchanger according to the invention is suitable for over transfer of solar energy to high-temperature heat sinks. The Heat exchanger is designed accordingly, for. B. through a concave or convex receiver wall of the heat exchangers. Attached heat pipe bundles are used for Increase in heat flow density.

Zur Überbrückung von Schattenperioden bei der Verwendung von Solarenergie wird das Wärmetauschervolumen vorteilhaft so ausgelegt, daß der Wärmeträger gleichzeitig als Wärme speichermedium dient. Die Speicherwirkung kann dadurch verbessert werden, daß die Wärmekapazität des Speichers mittels Füllmaterial wie z. B. Edelstahlkugeln oder gekapseltem Latentwärmespeichermaterial erhöht wird.To bridge shadow periods during use of solar energy, the heat exchanger volume is advantageous designed so that the heat transfer medium simultaneously as heat storage medium serves. The storage effect can be be improved that the heat capacity of the memory by means of filler such. B. stainless steel balls or encapsulated latent heat storage material is increased.

Um der Wärmesenke, insbesondere wenn diese voluminös ist, einen möglichst homogenen Wärmestrom zuführen zu können, empfiehlt es sich, Rücklaufleitungen vorzusehen, durch die das an der Wärmesenke abgekühlte und blasenfreie Flüssig metall in eine untere Zone des Wärmetauscher zurückfließen kann. Diese Maßnahme hilft zusätzlich bei der Entladung des Wärmespeichers, indem der kühlere Rückstrom den Inhalt des Wärmespeichers zur Wärmesenke schiebt.To the heat sink, especially if it is voluminous, to be able to supply a heat flow that is as homogeneous as possible, it is advisable to provide return lines through which the bubble-free liquid cooled at the heat sink metal flow back into a lower zone of the heat exchanger can. This measure also helps to discharge the Heat storage by the cooler backflow the content of the Pushes heat storage to the heat sink.

Die durch die Dampfblasen hervorgerufene Umwälzung des Wärmeträgers kann durch Einbringen von Inertgas in das Flüssigmetall verstärkt werden. Das Inertgas, das vorzugs weise eingedüst wird, vermeidet dabei außerdem größere Siedeverzüge. Hierzu kann die Wärmeträgerein- und ablaß leitung des Wärmetauschers genutzt werden. Die Entladung des Wärmeinhaltes läßt sich mit eingedüstem Inertgas be schleunigen, indem das Inertgas im Kreislauf umgepumpt wird.The upheaval of the steam bubbles Heat transfer medium can be introduced into the Liquid metal can be reinforced. The inert gas, the preferred is injected wisely, also avoids larger ones Delays in boiling. For this purpose, the heat carrier inlet and outlet line of the heat exchanger can be used. The discharge the heat content can be injected with inert gas accelerate by circulating the inert gas.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ist insbesondere für die Beheizung des Arbeitsgases von mehrzylindrigen Heißgas motoren geeignet, da das blasensiedende Flüssigmetall allen Erhitzerköpfen praktisch gleichgroße Wärmeströme zufließen läßt, so daß in allen Zylindern gleich hohe Arbeitstempera turen herrschen, womit der Motor mit einem optimalen Wirkungsgrad betrieben werden kann. Vorzugsweise sind sämt liche Erhitzerköpfe von einer gemeinsamen Kammer des Wärme tauschers umschlossen.The heat exchanger according to the invention is particularly for Heating of the working gas from multi-cylinder hot gas suitable for motors because the bubble-boiling liquid metal Heater heads flow in practically equal heat flows leaves, so that the same working temperature in all cylinders doors prevail, with which the engine with an optimal Efficiency can be operated. All are preferably Liche heater heads from a common chamber of heat swapped enclosed.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfin dung schematisch dargestellt.In the drawing are exemplary embodiments according to the inven shown schematically.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen je ein Ausführungsbeispiel. Figs. 1 to 3 each show an embodiment.

In Fig. 1 ist die Anwendung eines Wärmetauschers gemäß der Erfindung zur Erwärmung des Arbeitsgases eines Stirling motors 10 gezeigt, dessen Arbeitsgas je nach der Zylinder zahl des Motors 10 in einem oder mehreren Erhitzerköpfen 11 erwärmt wird. Für die Wärmeenergiezufuhr zu den Erhitzer köpfen 11 ist ein Wärmetauscher 12 vorgesehen, der ein wärmeisolierendes Gehäuse 13 hat und mit einem flüssigen Metall 14 voll ausgefüllt ist.In Fig. 1, the application is a heat exchanger according to the invention for heating the working gas of a Stirling engine 10, the working gas, depending on the number of cylinders of the engine 10 in one or more Erhitzerköpfen 11 is heated. For the heat energy supply to the heater heads 11 , a heat exchanger 12 is provided, which has a heat-insulating housing 13 and is fully filled with a liquid metal 14 .

Der Wärmetauscher 12 schließt einen Speicher 15, eine Zufuhrleitung 16 zu einer Kammer 17 für die Erhitzerrohre 11 sowie eine Rückflußleitung 18 ein. Der untere Bereich des Speichers 15 ist als Solarreceiver 20 für die Einkopplung von Wärme aus Solarstrahlen 21 ausgelegt, wobei ein konkaver Boden des Speichers 15 mit Wärmerohren 22 als Receiver 20 ausgestaltet und so ausgelegt ist, daß bei Beaufschlagung mit konzentrierten Solarstrahlen 21, das Flüssigmetall 14 ins Blasensieden versetzt wird. Die Dampfblasen 25 entstehen an der von den Solarstrahlen 21 beheizten Receiverfläche 20, wachsen sehr schnell und lösen sich in rascher Folge ab. Beim Aufsteigen in der Flüssigkeit wachsen sie weiter, wo ebenfalls eine starke Verdampfung erfolgt. Durch das Auf steigen der Dampfblasen 25 erfolgt eine Umwälzung des Flüssigmetalls 14, was in Verbindung mit dem größeren Speichervolumen zu einer Homogenisierung des Temperatur feldes im Wärmetauscher führt.The heat exchanger 12 includes a storage 15 , a supply line 16 to a chamber 17 for the heater tubes 11 and a return line 18 . The lower area of the store 15 is designed as a solar receiver 20 for the coupling of heat from solar beams 21 , a concave bottom of the store 15 with heat pipes 22 being designed as a receiver 20 and being designed in such a way that the liquid metal 14 when exposed to concentrated solar beams 21 is brought to bubble boiling. The vapor bubbles 25 arise on the receiver surface 20 heated by the solar rays 21 , grow very quickly and detach in rapid succession. As they rise in the liquid, they continue to grow, where there is also strong evaporation. Due to the rise of the vapor bubbles 25 , the liquid metal 14 is circulated, which in connection with the larger storage volume leads to a homogenization of the temperature field in the heat exchanger.

Auf der anderen Seite sind hohe Wärmestromdichten aufgrund der hohen Wärmeübertragungskoeffizienten von Flüssigmetallen in Verbindung mit dem Blasensieder möglich, so daß durch entsprechende Wahl des Flüssigmetalls eine annähernde iso therme Wärmeübertragung an die Wärmesenke 11 möglich ist, indem die Siedetemperatur des Metalls wenig über der erfor derlichen Betriebstemperatur der Wärmesenke liegt. Im Fall der Arbeitsgastemperatur von Groß-Stirlingmotoren, die ca. 630°C beträgt, eignen sich insbesondere Na, K oder deren Legierungen, wobei Siedetemperaturen von nicht mehr als 780°C notwendig sind. Damit gleichzeitig verbunden ist eine thermische Entlastung des Wärmeübertragungssystemes, indem der Betrieb bei wesentlich geringeren Temperaturen erfolgt, als es bei der direkten Beheizung der Erhitzerköpfe mit heißen (etwa 2000°C) Brennstoffabgasen notwendig ist.On the other hand, high heat flow densities are possible due to the high heat transfer coefficients of liquid metals in connection with the bubble boiler, so that an appropriate isothermal heat transfer to the heat sink 11 is possible by appropriate choice of the liquid metal by the boiling temperature of the metal little above the required operating temperature the heat sink lies. In the case of the working gas temperature of large Stirling engines, which is approximately 630 ° C, Na, K or their alloys are particularly suitable, boiling temperatures of not more than 780 ° C being necessary. At the same time, this relieves the thermal transfer system from thermal stress by operating at much lower temperatures than is necessary for direct heating of the heater heads with hot (about 2000 ° C.) fuel exhaust gases.

Mit den vorstehend genannten Maßnahmen wird darüber hinaus eine sowohl örtliche als auch über die Zeit gleichmäßige Erwärmung der Temperatursenke 11 erreicht. Um Strahlungs ausfälle in Schattenperioden zu überbrücken, wird der Speicher 15 entsprechend groß dimensioniert, so daß das eine hohe Wärmekapazität aufweisende Flüssigmetall 14 gleich zeitig als Speicher dient. Die Speicherwirkung kann durch zusätzliche Speichermedien wie z. B. Stahlkugeln und/oder Latentwärmespeicher verstärkt werden, die innerhalb des Wärmetauschers angebracht sind.With the measures mentioned above, both local and even heating of the temperature sink 11 is achieved over time. In order to bridge radiation failures in shadow periods, the memory 15 is dimensioned correspondingly large, so that the liquid metal 14 having a high heat capacity simultaneously serves as a memory. The storage effect can be increased by additional storage media such. B. steel balls and / or latent heat storage, which are attached within the heat exchanger.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel hierzu, in dem sowohl an der Wand des Wärmetauscherbehälters 30 als auch innerhalb des Behälters Kapseln 31 mit einem Latentwärmespeichermedium angebracht sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist ferner eine Zufuhrleitung 32 für ein Inertgas, z. B. Argon, Neon, Helium vorgesehen, die gleichzeitig die Füll- und Entleerungs leitung für das Flüssigmetall ist. Durch die Leitung 32 kann zur Unterstützung des Umwälzvorganges des Flüssigmetalls 33 Inertgas kontinuierlich oder intermittierend eingedüst wer den. Nachdem die Wärmesenke, die in Fig. 2 nicht gezeigt ist, vom Flüssigmetall 33 nahezu vollständig umgeben ist, ist keine Beeinträchtigung des Wärmeübertragungsvorganges durch das Inertgas zu befürchten, wie es bei einer Dampf beaufschlagung der Fall sein würde. Das eingeführte Gas kann über eine an höchster Stelle des Wärmetauschers vorge sehene Ablaßleitung abgelassen oder in ein nicht dargestell tes Inertgasreservoir zurückgeführt werden. In Fig. 1 ist eine derartige Ablaßleitung 27 an der Wärmeübertragungs kammer 17 vorgesehen. Fig. 2 shows an example of this, are also mounted in the well at the wall of heat exchanger vessel 30 as capsules within the container 31 with a latent heat storage medium. In this embodiment, a supply line 32 for an inert gas, for. B. argon, neon, helium is provided, which is also the filling and emptying line for the liquid metal. Through line 32 , inert gas can be injected continuously or intermittently to support the circulation process of the liquid metal 33 . Since the heat sink, which is not shown in FIG. 2, is almost completely surrounded by the liquid metal 33 , there is no fear of the heat transfer process being adversely affected by the inert gas, as would be the case when steam was applied. The gas introduced can be discharged via a discharge line provided at the highest point of the heat exchanger or can be returned to an inert gas reservoir (not shown). In Fig. 1, such a drain line 27 is provided on the heat transfer chamber 17 .

Der Wärmetauscher wird eine für den jeweiligen Anwendungs fall angepaßte Ausgestaltung haben. Aufgrund des sogenannten Mono-Syphonbetriebes des Wärmetauscher wird die Wärmesenke stets an oberster Stelle des Wärmetauschers angeordnet. The heat exchanger becomes one for the respective application have a customized design. Because of the so-called Mono-siphon operation of the heat exchanger becomes the heat sink always placed at the top of the heat exchanger.

Im übrigen kann der Wärmetauscher aus einer oder mehreren in Strömungsverbindung stehenden Kammern ausgebildet sein. Bei der Verwendung einer nicht solaren Quelle, wie z. B. einem Ölbrenner, kann auf eine Speicherwirkung verzichtet werden. Es ist jedoch auch in diesem Fall von Vorteil, den Wärmetauscher mit zumindest einer größeren Kammer zu versehen, in der sich ungleiche Wärmeströme besser durch mischen können.Otherwise, the heat exchanger can consist of one or more chambers in flow communication. When using a non-solar source, e.g. B. an oil burner, there is no storage effect will. However, it is also advantageous in this case that Heat exchanger with at least one larger chamber provided in which uneven heat flows through better can mix.

Mehrere Wärmesenken können in einer gemeinsamen Kammer oder auch in einzelnen Kammern vorgesehen werden, die so mitein ander verbunden sind, daß in allen Kammern derselbe Druck herrscht, wenn eine gleichmäßige Temperatur an allen Wärme senken, wie z. B. beim mehrzylindrigen Stirlingmotor benötigt wird.Multiple heat sinks can be in a common chamber or can also be provided in individual chambers, so that mitein are connected that the same pressure in all chambers prevails when a uniform temperature at all heat lower, such as B. in the multi-cylinder Stirling engine is needed.

In den Fällen, wie in Fig. 1 dargestellt, in denen eine vom Speicher 15 getrennte Wärmeübertragungskammer 17 vorge sehen ist, die über eine Leitung 16 in Verbindung stehen, empfiehlt es sich, eine Rücklaufleitung 18 vorzusehen, um einen gleichmäßigen Wärmefluß an der Wärmesenke 11 zu gewährleisten. Zur Aufrechterhaltung des Flüssigkeitsstromes vom Speicher 15 über die Zufuhrleitung 16, die Wärmeüber tragungskammer 17 und die Rücklaufleitung 18 zurück in den Speicher 15 aufrechtzuerhalten, wird hier keine Umwälz pumpe benötigt. Der Umlauf erfolgt aufgrund der Blasen strömung und der Konvektion. Die Dimensionen der Flüssig keitsleitungen sind so gewählt, daß der zur Aufrechter haltung der Temperatur des Arbeitsgases des Heißgasmotors 10 erforderliche Massenstrom gewährleistet ist. Aufgrund des hohen Wärmeübertragungkoeffizienten des Systemes ist der notwendige Massenstrom relativ gering. Mehrere Wärmesenken, wie die Erhitzerköpfe eines mehrzylindrigen Stirlingmotors können von einer gemeinsamen oder von einzelnen miteinander kommunizierenden Wärmeübertragungskammern 17 umgeben sein, wobei zur Homogenisierung des Wärmeflußes eine oder mehrere Zufuhrleitungen 16 der jeweiligen Wärmesenke 11 zugeordnet werden.In the cases, as shown in Fig. 1, in which a heat transfer chamber 17 separated from the storage 15 is provided, which are connected via a line 16 , it is advisable to provide a return line 18 in order to achieve a uniform heat flow at the heat sink 11 to guarantee. To maintain the liquid flow from the store 15 via the supply line 16 , the heat transfer chamber 17 and the return line 18 back to the store 15 , no circulation pump is required here. The circulation is due to the bubble flow and convection. The dimensions of the liquid keitsleitung are chosen so that the required to maintain the temperature of the working gas of the hot gas engine 10 mass flow is guaranteed. Due to the high heat transfer coefficient of the system, the mass flow required is relatively low. Several heat sinks, such as the heater heads of a multi-cylinder Stirling engine, can be surrounded by a common or individual heat transfer chamber 17 communicating with one another, one or more supply lines 16 being assigned to the respective heat sink 11 in order to homogenize the heat flow.

In Fig. 3 ist der untere Bereich eines Wärmetauschers 40 gezeigt, der zur Einkopplung von Wärmeenergie in das Flüssigmetall 41 mit Wärmerohren 42 bzw. 43 ausgestattet ist. Die mit einem bei den Betriebstemperaturen des Wärme tauschers verdampfbaren Zwischenwärmeträger gefüllt sind. Dies ist im Falle der Hochtemperaturanwendung ebenfalls ein Alkalimetall z. B. Na, K, Li.In Fig. 3 the lower portion is shown a heat exchanger 40 which is equipped for coupling the thermal energy in the liquid metal 41 with heat pipes 42 and 43 respectively. The are filled with an evaporable intermediate heat carrier at the operating temperatures of the heat exchanger. In the case of high temperature application, this is also an alkali metal, e.g. B. Na, K, Li.

In der linken Zeichnungshälfte der Fig. 3 sind jeweils in sich geschlossene Wärmerohre 42 vorgesehen, die aus dem Behälterboden des Wärmetauschers 40 in Richtung der Wärme quelle 44 herausragen. Zwischen den Wärmerohren ist der Behälterboden wärmeisoliert (Ziffer 45, Fig. 3).In the left half of the drawing of Fig. 3 self-contained heat pipes 42 are provided, which protrude from the tank bottom of the heat exchanger 40 in the direction of the heat source 44 . The bottom of the container is thermally insulated between the heat pipes (section 45 , Fig. 3).

Die teilweise mit dem Zwischenwärmeträger gefüllten Wärme rohre 42 werden an ihren aus dem Wärmetauscherbehälter herausragenden Enden von der Wärmequelle 44 beaufschlagt, wobei die darin enthaltene Flüssigkeit verdampft. Der in den Wärmerohren 42 aufsteigende Dampf gibt die Verdampfungswärme an das Flüssigmetall 41 ab, das die Wärmerohre an den übrigen Stellen umgibt. The partially filled with the intermediate heat transfer heat pipes 42 are acted upon at their ends protruding from the heat exchanger container by the heat source 44 , the liquid contained therein evaporating. The steam rising in the heat pipes 42 gives off the heat of vaporization to the liquid metal 41 which surrounds the heat pipes at the other locations.

In der rechten Zeichnungshälfte ist eine Ausführung ge zeigt, bei der die Wärmerohre 43 am unteren Ende in eine Kammer 46 münden, die vom Boden des Wärmetauscherbehälters gebildet ist. Der Zwischenwärmeträger wird in diesem Fall in der Kammer 46 verdampft und steigt in den Wärmerohren 43 auf.In the right half of the drawing, an embodiment is shown in which the heat pipes 43 open at the lower end into a chamber 46 which is formed by the bottom of the heat exchanger container. In this case, the intermediate heat transfer medium is evaporated in the chamber 46 and rises in the heat pipes 43 .

Als Wärmequelle 44 können konzentrierte Solarstrahlen oder Heizgeräte wie Brenner dienen. Selbstverständlich ist eine Kombination von mehreren Heizquellen möglich.Concentrated solar beams or heating devices such as burners can serve as the heat source 44 . A combination of several heating sources is of course possible.

Claims

1. Heat exchanger for high-temperature applications, with liquid metal as the heat transfer medium, which transfers the thermal energy of a heating source to a heat sink, the heat sink being largely surrounded by liquid metal, characterized in that the heat exchanger ( 12 ) in coordination with the heating source ( 21 ) and the heat sink ( 11 ) is designed so that the boiling process takes place with the formation of vapor bubbles, such that the steam bubbles ( 25 ) at least get close to the heat sink and implode there, releasing the heat of vaporization.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the heat transfer medium is an alkali metal, in particular Na, K or Li or a combination thereof.

3. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that concentrated solar rays ( 21 ) are provided as a heat source.

4. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger volume is designed so that the heat transfer medium ( 14 ) also serves as a heat accumulator.

5. Heat exchanger according to claim, characterized in that in the heat transfer medium ( 14 ) heat accumulator ( 31 ) in the form of solids made of materials with high heat capacity and / or in the form of latent heat accumulators are provided.

6. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger ( 12 ) contains a return line ( 18 ) for cooled, vapor-free liquid metal.

7. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger is assigned a device ( 32 ) with which inert gas can be injected into the liquid metal ( 33 ).

8. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that for using the heat exchanger in hot gas engines ( 10 ) with a plurality of heater heads ( 11 ), the heat exchanger housing ( 13 ) closes the heater heads to form a chamber ( 17 ).

9. Heat exchanger according to claim 8, characterized in that the chamber ( 17 ) for the heater heads ( 11 ) is in the highest area of the heat exchanger ( 12 ).

10. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the lowest region ( 20 , 46 ) of the heat exchanger ( 12 or 40 ) is designed as a solar receiver for heating the liquid metal ( 14 or 41 ).

11. Heat exchanger according to claim 10, characterized in that the area of the heat exchanger ( 12 or 40 ) for coupling the thermal energy from the heating source ( 21 or 44 ) with heat pipes ( 22 or 42 , 43 ) is equipped, the one at the operating temperatures of the heat exchanger ent evaporable intermediate heat transfer ent.