DE1601462A1 - Vorrichtung zur Umwandlung von Waermeenergie in mechanische Energie - Google Patents

Description

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- iauliirstraSef7 Va/TH

N.V. PHILIPS' GLOEILAMPENFABiIIEKENn RQ 1 AR Sp)HQVEIi / W)UMQ

"Vorrichtung zur Umwandlung von Wärme—
energie in ineGhanisehe Energie,, "

Die Erfindung bezieht sich auf ein® ?or2*ichtung zur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie,insbesondere einen Heissgasmptor, die einen oder mehrere Häume HiSUrIgCrOr"mittlerer Temperitur, in denen ein Arbeitsmittel komprimiert werden . _$ _'nnä einen oder mehrer© mit diesen"Räumen in

stehend® Haume höherer mittlerer Temperatur

BAD ORIGINAL

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enthält, in denen das Arbeitsmittel expandiert werden kann, wobei sich in der Verbindung zwischen jedem Paar dieser Bäume ein Wärmeaustauscher, vorzugsweise ein Regenerator, befindet, welche Vorrichtung weiter mit einem Erhitzungseystem zum Zuführen von Wärme an das Arbeitsmedium versehen ist.

Bei bekannten Vorrichtungen der Art,

auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, besteht das Erhitzerayatem zum Zuführen.von Wärme an das Arbeitsmittel aus einer Brennervorriehtung, der einei*- seits Brennstoff und andererseits Verbrennungsluft zugeführt wird. Dieses System hat den Nachteil, dass die Vorrichtung nur wirken kann, wenn eine genügende Menge Verbrennungsluft vorhanden ist» Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht unter Umstanden darin, dass Verbrennungegase abgeführt werden müssen. Dies kann, insbesondere bei Anwendung der betreffenden. Vorrichtung in Bergwerken, besonders ungünstig sein. Bei Verwendung der betreffenden Vorrichtungen in Anlagen, für Tiefseeforschung bringt die , Abführung der Ysrforennungsgase infolge des hohen Druckes des umg@bgai©a Wassers sehr grosse Schwierigkeiten, einen hohea üeistungsverbrauch und somit hohe Kosten mit sich.

Um zu ermöglichenj dass Vorrichtungen der Art, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, doch für d' ' ^erwähnten Zwecke "benutzt werden können, könnten für die Zuführung wn Wärme aß das

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Arbeitsmittel Wärmeakkumulatoren Anwendung finden. Diese Akkumulatoren werden durch Behälter gebildet, die mit einer Materialmasse mit grosser Wärmekapazität gefüllt sind, in die eine Wärmemenge gespeichert werden kann, die im gewünschten Augenblick dieser Masse entnommen und dem Arbeitemittel zugeführt werden kann. Ein Nachteil derartiger Wärmeakkumulatcren ist der, aase'der Wärmeinhalt pro Volumeneihheit verhältnismässig niedrig ist, was zu sehr umfangreichen Bauarten führt, die unter Umständen nicht mehr brauchbar sind.

Die Erfindung hat den Zweck, die

obenerwähnten Nachteile zu beseitigen und ein Erhitzersystem zu schaffen, das dem Arbeitsmittel Wärme zuführen kann, ohne dass.es von den Ümgebungsbedingungen abhängig ist und ohne dass Verbrennungsprodukte nach aussen abgeführt zu werden brauchen.

Um dies zu erzielen, ist die Vorrichtung nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daes das Erhitzersystem mindestens einen ersten Behälter mit einem bei der Betriebstemperatur des Arbeitsmittels flüssigen Metall oder flüssigen Metaligemisch aufweist, wobei das Erhitzersystem weiter mindestens einen zweiten -Behälter aufweist *, in dem sich eist Mittel befindet, das bei Wärmeentwicklung mit der Flüssigkeit im ersten Behälter derart chemisch reagieren kann, dass die Reaktionsprodukte bei der Temperatur und dem Druck, die im ersten Behälter vorherrschen, fest und/oder flüssig sind, wobei der zweite Behälter über eine Zuführungsleitung mit dem ersten Behälter in Verbindung steht un<$ .das/System weiter eine Regelvorricatiuäg enthält, mit -'■■^kj q;_{W r} JDO385 1 /0600 , . -

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der dem ersten Behälter in geeigneten Dosierungen Mittel aus dem zweiten Behälter zugeführt wird, wobei die Vorrichtung weiter einen dritten Behälter mit einem Mittel enthält, das mit dem Metall oder Metallgemisch im ersten Behälter und dem dem ersten Behälter aus dem zweiten Behälter .zugeführten Mittel nicht chemisch reagiert, wobei sich an diesen.dritten Behälter eine leitung ansehliesst, deren anderes Ende sich an die Leitung zwischen dem zweiten und dem ersten Behälter ansehliesst , und wobei Mittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe Mittel aus dem dritten Behälter dem ersten Behälter zugeführt werden kann, der mit einer Abfuhr für aus dem dritten Behälter herrührendes Mittel versehen ist. .

Bei der Vorrichtung nach der Er-

findung befinden sich somit die beiden miteinander reagierenden Mittel in zwei gesonderten Behältern, so dass unabhängig von den Betriebsbedingungen der Vorrichtung beim Zusammenbringen dieser Reaktionsprodukte stets Wärme entwickelt werden kann. Weiter sind die Metalle und da« mit didsen Metallen chemisch reagierende Mittel derart gewählt, dass die Reaktionsprodukte fest und/oder flüssig sind, so dass keine gasförmigen Reaktionsprodukte aus dem System abgeführt zu werden brauchen. Es'hat sich herausgestellt, dass ein Erhitzersystem nach der Erfindung pro Volumeneinheit eine viele Male grb'seere Wärmemenge liefern

iill¹/⁰⁶⁰⁰

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kann als pro Volumeneiah"it In bekannte Wärmeakkumulatoren gespeichert rtrdisn kann* Dadurcii dass die im ersten Behälter vorhandenen Metallen sehr stark mit einander reagieren, , wenn keine Massnahmen ge*- troffen waren, das flussige Metall in dear Verbindungsleitung zwischen dem ersten und zweiten Behälter eintreten/ Diese Leitung ist ausserhalb der Isolation kalt sodass das Metall in dieser Leitung fest-werden wird, was Schwierigkeiten gibt. Diese Schwierigkeiten '. sind erfindungsgemsss dadurch beseitigt, dass der dritte Behälter an die erwähnte Verbindungsleitüng anschliesst sodass Gas aus diesem- Behälter mit'tels der ·

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Verbindungsleitung iia^ersten Behälter strömen kann*

d£uerno& Dabei ist es möglich eine kontinue· öasströmuiig vom

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dritten zum'ersten Behälter o-tri»öaon is. Wenn jetzt'die Gasströmung aus dem zweiten Behälter variiert wird, so ist doch in der Verbindungsleitung immer eine ausreichende Gasströmung vorhanden um Eintreten von Metall vorzubeugen« Die Gefahr, dafiB Metall in des» Verbindungsleituixg eintritt, ist grösstmöglich wenn die Zufuhr von Kittel awe &«'zweiten Behälter unterbrochen wird, Desfeslb wird ee unter Umständen auch auereichen did Mitteletrömung aus dem dritten Behälter derartzn re^©la dase nur Mittel aus dem dritten Ba* Kälter strömt weas di® GaastyiJmung aue dem zweiten Behälter zn gering wird um Eintreten von Metall in 0C0& TerbindungslBitung vorzubeugen. ·

Im er a ten Behälter sind .».B-« siaes

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oder mehrere der Metalle Li, Na, E₁ Ug₁ Al und/oder eineβ oder mehrere der seltenen Erdmetalle vorhanden. Diese Metalle und insbesondere Kombinationen

5 dieser Metalle haben den Vorteil, dass jätle bei verhältnismässig niedrigen Temperaturen bereits flüssig - sind und bei Reaktion pro Vclumeneinheit eine grosse Wärmemenge entwickeln.

Das im zweiten Behälter vorhandene Mittel ist z.B. Säuerstoff, ein Halogen oder eine halogenhaltig© Verbindung, insbesondere eine Kohlenstoff -Hai o^enverbindung. Halogene oder halogenhal-tige Verbindungen ergeben„ wenn sie mit dem Metall im ersten Behälter reagieren, eine sehr gute Wärmeentwicklung pro Volumeneinheit.

Im ersten Behälter ist über dem darin vorhandenen flüssigen Metall oder flüssigen Metallgeiaisch ein mit dem vom dritten Behälter zugeführten Mittel, wie Helium, gefüllter Raum vorgesehen. Dadurch kSassen etwaige geringe Volumenänderungen neutralisiert und kann die Flüssigkeit unter einem bestimmten Druck gehalten werden» «© dass ©ine- gegabe&enfallft im Behälter angebrachte Rührvor-richtusg blew. Pumpvorrichtung swtofemässig arbeiten kann. Bisser mit inertem Gas gefüllte Raum ist mit einer Abfuhr vei-ithen, die eine Vorrichtung enthält, mit der ©in bestimmter Droek iffi ersten Behälter eingestellt wsrdtn kann.

ias im dritten Behälter iat -

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nach einer weiteren Ausföhiningsform ein Edelgasy wie Helium ,©der Argon, das nicht mit den Metallen im ersten Behälter reagiert«

unter Umständen besteht die Möglichkeit dass, zusammen mit dem vom dritten Behälter .

herrührenden Mittel, das durch das JFlüssigkeitebad

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geströmt ist, Metallteilchen oder Metalldampf aus dem ersten Behälter abgeführt werden. Diese Metallteilchen bzw. dieser Metalldampf können Schwierigkeiten herbeiführen, wenn sie an Stellen niedrigerer Temperatur gelängen, wo sie sich in fester Form ablagern» Um diese Schwierigkeiten zu beheben, ist eine weitere Äusführungsform der Vorrichtung nach cer Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass in der sich an den ersten Behälter anschliessenden Abfuhr für aus dem dritten Behälter herrührendös Medium eine Vorrichtung vorgesehen ist, mit deren Hilfe Ton gegebenenfalls mit dem Medium mitgeführten Metallteilchen bzw. Metalldampf abgetrennt werden können.

Bei einer¹ Weiterbildung mündet

in die Abfuhr für au8 deja dritten Behälter herrührendes Medium aus dem ersten Behälter ©ine sich an den zweiten Behälter anschliessenäe Leitung, durch die Hedium aus dem zweiten Behälter in die Abfuhr flieset, welches Medium chemisch mit den vorhandenen Metallteilehen bzw, dem vorhandenen Metalldampf reagiert. Dadurch, werden diese Metallteilchen in Stoffe umgewandelt, die dann von einer anderen Abtrennvor-

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richtung aufgefangen werden können. Auch können die gebildeten flüssigen Stoffe auf bestimmte^Oberflächen aufgefangen und zum Flüssigkeitsbad im ersten Behälter zurückgeführt werden.

Auch können mitgeführten Metallteilchen oder kann mitgeführter Metalldampf dadurcK abgetrennt werden, dass in der Abfuhr ein Stoff angebracht wird, der eine Getterwirkung für die betreffende Metallteilchen hat..

Eine weitere Ausführungsform der

Vorrichtung nach der Erfindung, die als Heissgasmotor ausgebildet ist, dessen Erhitzer ein Bohrenerhitzer ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzerrohre im ersten Behälter angeordnet sind und vom in diesem Behälter vorhandenen Metall oder Metallgemisch umflossen werden. Auf diese Weise wird ein direkter Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsmittel und dein Metall bzw. Metallgemisch und den Reaktionsprodukten erhalten.

Bei einer Weiterbildung dieser Vorrichtung ist ein Umlaufkanal vorgesehen, in dem ein Metall oder Metallgemisch, wie NaK, .herumströmt, wobei die Erhitzerrohre des Motors von diesem flüssigen Metall oder Metallgemiech umflossen werden und dieses Metall oder Metallgemisch an einer anderen Stelle mit der Flüssigkeit Im ersten Behalter Wärme austauscht. Bei diieer Vorrichtung wird somit eine»grosser· Freiheit in der Anordnungs-

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v/eise und Bauart des Erriltsersystemes und der be-

treffenden Vorrichtung in bezug aufeinander erhalten, wobei die Wärme des Erhitzersysteines durch das im weiteren Umlaufkanal vorhandene Metall zu der Vor— richtung befördert wird. . " ·

Eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung, die eine Expansionsturbine enthalt, deren Ablass für expandiertes Medium über einen Wärmeaustauscher und einen Kühler an den Eintritt einer Kompressionsvorrichtung angeschlossen ist, während der Ablass der fCompressionsvorrichtung über den Warmenustauscher und einen Erhitzer an .den Eintritt der Turbine angeschlossen ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmittel der Vorrichtung ein Edelgas, das nicht mit den betreffenden Metallen reagiert, wie Helium, wobei das andere Ende der sich an den Ablass der Kompressionsvorrichtung anschliessenden Leitung an einer niedrigeren Stelle in den ersten Behälter mündet, in dem sich ein Metall bzw. ein Metallgemisch befindet, und wobei die Abfuhr dieses Behälters an den Eintritt der Expansionsturbine angeschlossen ist, wobei sich der zweite Behälter über eine Leitung an den vom Arbeitsmittel durchfloss enen Umlauf kanal an einer Stelle anschließet, die, in der Strömungsrichtung des Arbeitsmittels gesehen, hinter dem Kühler und insbesondere zwischen dem Kühler und dem Eintritt der Kompressionsvorrichtung Hegt. Dabei v/ird d"8 Arbeitsmittel also direkt durch 0 0 9 8 5 1/0 6 Ό 0 BAD ORtOlNAt

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das Flüssigkeitsbad geführt, wodurch ein sehr guter Wärmeaustausch gesichert ist. In der Abfuhr des ersten Behälters soll jedoch die oben bereits er-' wähnte Abtrennvorrichtung vorgesehen sein, so dass verhütet wird, dass Metallteilchen oder Metalldampf vom Helium mitgefiihrt werden. In dieser Vorrichtung dient der Arbeitsraum, der Helium enthält, zugleich als dritter Behälter, sodass das Arbeitsmittel selbst das Eintreten von flüssigem Metall in der Zufuhr- * leitung verhütet.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen für einige schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie näher erläutert. Es zeigen!

Fig. 1 schemätisch und nicht massstäblich im Schnitt eine als Heissgasmotor ausgebildete Forrichtung zur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische- Energie, bei der das Erhitzersystem durch einen flüssiges Metall oder ein flüssiges Metallgemisch enthaltenden Behälter und einen mit diesem Behälter verbundenen und ein mit dem Stoff im ersten Behälter chemisch reagierendes Medium enthaltenden zweiten Behälter gebildet wird, wobei ein dritter Behälter vorhanden ist, worin sich Helium befindet und der mit der Zufuhrleitung zwischen dem ersten und z« " ι Behälter in Verbindung let,

Figuren 2 und 3 zwei weitere

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führungsformen der Vorrichtung nach Pig. T, gleichfalls sehematiseh und nicht mässtäblich, \

Figuren 4 und 5 schematisen und

nicht maßstäblich zwei Ausführungsformen von^xVor-: richtungen zur Umwandlung von mechanischer Energie, in V/arme energie, bei denen ein Arbeitsmittel einen Kreis durchfliesst, in den eine Expansionsturbine und eine Kompressionsvorrichtung aufgenommen sind.

In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Zylinder, in dem sich ein Kolben 2 und ein Verdränger 3 bewegen können. Der Kolben 2 und der Verdränger 3 sind mittels einer Kolbenstange 4 bzw. einer Verdrängerstange 5 mit einem nicht dargestellten Getriebe derart verbunden, dass der Kolben und der Verdränger sich mit einem gegenseitigen Phasenunterschied bewegen können. Bei der Bewegung ändert der Kolben 2 zusammen mit der Unterseite des Verdrangers 3 das Volumen eines Kompressionsraumes 6, wahrend die Oberseite des Verdrangers das Volumen eines Ex- pansionsräumea 7 ändert. Der Kompressionsraum 6 und der Expansionsraum 7 stehen über einen Kühler 8, einen Regenerator 9 und einen Erhitzer 10 miteinander in Verbindung. Der Erhitzer 10 besteht aus einem Kranz von Bohren 11, die sich einerseits an den Regenerator 9 und andererseits an einen Ring kanal 12 anschliessen. Der Ringkanal 12 steht über zwischen den Rohren 11 liegende Rohre 13 mit dem Expaneionsraum 7 in Verbindung. Es wird angenommen, -iv't^ 009851/0600 \

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dass die Wirkungsweise des Heissgasmotors bekannt ist. Die Rohre des Erhitzers 10 sind von einem ersten Behälter 15 umgeben. Dieser Behälter enthält ein . Metall oder Metallgemisch, dessen Schmelzpunkt derartig ist, dass bei der gewünschten Betriebstemperatur das Metall oder Metallgemisch flüssig ist. Die Vorrichtung enthält weiter einen zweiten Behälter 17 mit einem Medium, das unter Wärmeentwicklung mit den Metallen im Behälter 15 reagiert. Der Behälter 17 steht-über eine Leitung 18 mit dem Behälter 15 in Verbindung. Der im Behälter 15 liegende Teil der Leitung 18 ist mit einer Anzahl von Oeffnungen 19 versehen, wodurch das Medium aus dem Behälter 17 gut im Behälter 15 verteilt wird.

Das Metall im'Behälter 15 kann z.B. Li, Na, K, Mg, Al oder- eines der seltenen Erdmetalle oder Kombinationen derselben sein. Die Wahl der Metalle wird im wesentlichen durch ihre Schmelztemperatur und ihre Wärmeentwicklung bestimmt.

Das Medium im Behälter 17 kann

Sauerstoff, ein halogen oder eine hftlogenhaltige Verbindung sein. Insbesondere Kohlenstoff-Fluorverbindungen (Pr e one) sind sehr geeignet.

Das Erhitzersystem ist weiter nooh mit einem dritten Behälter 23 vereehen, in dem eich ein Medium wie Helium oder Argon befindet, das weder mit dem Medium im Behälter 17 noch mit €em Metall oder Metallgemisch bzw. mit den bereits gebildeten

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Eaaktionsprodukten im Behälter 15 reagiert. Der Behälter 23 ist über eine Leitung 24 mit einer Stelle 25 der Leitung 18 verbunden. Die Stelle 25 liegt dabei V \ zwischen dem Verschlussglied 20 und der Stelle, an der die Leitung 18 in den Behälter 15 mündet. Im Behälter 23 wird ein den Druck im Behälter 15 überschreitender Druck aufrechterhalten. Der Behälter 15 ist mit einer Abführungsleitung 26 versehen, die über eine Zirkulierungspumpe 27 an den Behälter 23 angeschlossen ist. In die Abführungsleitüng 26 ist ein Kühler 28 aufgenommen. Im Behälter 15 ist über das flüssige Metall einen Räum 14 VOrgesehen, der ebenfalls mit unter Druck stehendem Helium gefüllt ist.

Die Wirkungsweise dieses ErMtzersystemes ist folgende. In den. Behältern 17 und 23 wird ein Druck aufrechterhalten, der den gegebenenfalls atmosphärischen Druck im Behälter 15 überschreitet. Das Metall in diesem Behälter ist zuvor durch Welrmezufuhr über di-v elektrische Heizvorrichtung 21 auf eine Temperatur gebracht,· bei der es flüssig ist»

Das Medium aus'den beiden Behältern 17 und 23 fliesst nun in den Behälter 15.' Das Medium aus dem Behälter 17 reagiert mit dem flüssigen Metall, während das Medium aus dem Behälter 23, das nicht mit dem flüssigen Metall reagiert, zu der Abfuhr fliesst, Im «hler 28 ?/.ird 'dieses Medium gekühlt und dann von der Püjttpe 27 zum Behälter 23 zurückgeleitet. Dieses

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System hat den Vorteil, dass beim Schliessen des Verschlussgiiedes 20 das Metall nicht in die Leitung 18 eindringen kann. Es würde darin erstarren, weil die Temperatur der Leitung niedriger ist, und die Vorrichtung wßrd® nicht mehr starten können.

- Wenn das Hslium Metallteilchen oder

. Metalldampf zu der Abführüngsleitung 26 mitführt, können sich Schwierigkeiten ergeben, weil diese Metallteilchen bzw. dieser Metalldampf beim Erreichen von Bauteilen mit niedrigerer Temperatur, z.B. der Zirkulierungspumpe 27, in fester Form auf diese Teile niederschlagen. Um dies zu verhüten, kann in der Abfuhrleitung eine Abtrennvorrichtung für diese Teilchen angebracht werden. Letztere Vorrichtung ist nicht dargestellt, aber sie kann aus einem Filter bestehen oder dadurch gebildet werden, dass in der Abfuhr ein z.B. auf eine von der Strömung berührte Oberfläche aufgebrachtes Material vorgesehen wird, das für diese Metallteilchen eine Getterwirkung hat. Metallteilchen bzw. Metalldampf können auch auf zu- . sätzlich gekühlte Oberflächen aufgefangen werden, die zu diesem Zweck angebracht sind. ^! .

Auch -kann man in die Abfuhr eine

Zufuhr von Medium aus dem Behälter 17 münden lassen. Dieses Medium reagiert dann mit den Metallkeilchen bzw. dem Metalldampf und bildet dann Stoffe, die mit einem Filter " fcer aufgefangen werden können. Der Heat des zugeführten Wirkereien Mediums wird darm

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weiter zum Behälter 15 &U3?ückge leitet.-Wenn das gasförmige Medium C^Fg ist und das Metall'aus Lithium . besteht^ sind die Reaktionsprodukte fest und bestehen aus Litiumfluorid und Kohlenstoffteilchen. Wenn das gasförmige Medium z»B. GlP, ist, sind die Reaktionsprodukte festes Idiiaumfluorid und flüssiges Lithiumchlorid. Es wird angenommen, deas dabei eine Temperatur von etwa 84O⁰C, eine geeignete Betriebstemperatur für den Heissgasmotor, vorherrscht. -

Die bei der Reaktion gebildeten festen Teilchen vermischen sich mit dem geschmolzenen Metall . Das Volumen Reaktionsprodukte ist nahezu gleich dem des Metalles, das sich an der Reaktion beteiligt hat. Dabei brauchen keine ReaktiOnsprodukte abgeführt zu werden.

Eine gute Wärmeübertragung zwischen

dem flüssigen Metall und den Erhitzerrohren ist dadurch gesichert, dass durch Konvektionsstromungen und durch die durch das hineinströmende gasförmige Medium her-"beigeführte Bewegung eine gute Berührung zwischen .den Rohren und dem Metall erzielt wird-

Bei der Reaktion zwischen einem Metall oder Metallgemisch und Sauerstoff, einem «alogen oder einer halogenhaltigen Verbindung wird pro Volumeneinheit der reagierenden Stoffe eine Menge an Wärme entwickelt, die eine Anzahl von Malen grosser als die Wärmemenge, ist, die in übliche V/armeakkumulatoren pro Volumeneinheit gespeichert werden kann. Daher kanii d,.s

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Erhitzersystem, in dem eine chemische Reaktion vor sich geht, ein erheblich kleineres Volumen und geringeres Gewicht als Wä'rmeakkumulat er systeme haben. Dabei wird eier Vorteil, dass keine Verbrennungsgase abgeführt zu werden brauchen, völlig beibehalten. Dies ist sehr wichtig in bezug auf das sich in Grosstä'dten und Bergwerken ergebende Luftverunreinigungsproblem» Weiter kann dieses chemische Erhitzersystem auch an Stellen Anwendung finden, wo infolge des hohen Umgeimngsdruckes eine Abfuhr vcn Verbrennungsgasen kaum mehr möglich ist. * .

". Die Vorrichtung nach Pig, 1 enthält weiter noch einen Hührer 30» der die Berührung des flüssigen Metalls mit den Erliitzerrohren noch verbessert.. Um zu verhüten, dass Metall sich in den den Hührer abstützenden Lagern ablagert, wird längs der Achse eine Heliumströmung herabgeblasen, so dass kein ■Metalldampf die kälteren Teile erreichen kann.

• Fig. 2 zeigt eine Abart des Erhitzersystemes. Dabei weist der Behälter 15 die Form eines Umlaufkanals 31 auf, in dem eine Zirkulierungspumpe angeordnet ist. Die Zirkulierungspumpe'wird in diesem Beispiel von einem Elektromotor 33 angetrieben, aber es dürfte einleuchten, dass sie auch über eine Uebersetzurig von der Ausgangewelle des Heisßgasmotors angetrieben werden kann. Der Heissgasmotor 34 ist in dieser

Figure sehr schematisch dargestellt, da er für die Wirkungsweise des Erhitzersystemes ßiöüt wesentlich

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ist. Die weiteren TeUe₄ wie.-di« Behälter 17 und 23, die Leitungen 18, 24 und 26 sind wieder mit den gleichen Bezugsziffern v/ie in den vorstehenden Figuren bezeichnet. Rings um deii Umlauf kanal 31 sind Heizwendeln 35 angebracht, die das System auf die erwünschte Anlasstemperatur erhitzen, .'- -'.-..;■■

Es ist bei "dieser VOrrichtung*sehr

wichtig, dass mit Hilfe des Heliumdruckes das Metall^ bad stets unter einem zum Erzielen einer guten Wirkung der Zirkulierungsjfumpe genügenden Druck gehalten werden kann. Wenn im Umlaufkanal ein Vakuum entstehen ■ würde, würde die Wirkung der Pumpe verloren gehen. ■

Fig. 3 zeigt wieder einen Heissgas-

motor, bei dem zwischen dem Erhitzer 10 des Heissgasmotors und dem Umlaufkanal 3T des Erhitzersystemes ein ■Medium, herumströmt, das die im Umlauf kanal· 31- entwickelte Wärme auf die Erhitzerrohre überträgt. Dieses Üebertragungsmedium befindet sich in einem Umlaufsystem, das aus einer rings um den Erhitzer 10 des Ileissgasmotors angeordneten Kammer 40, einem Kanal 41, einer Zirkuli erungspümpe '42, einem Wärmeaustauscher 43-und- einem sich wieder an die Kammer 40 anschliessenden Kanal 44 besteht. Im letzteren Kanal befindet sich ein Metall oder Metallgemisch, wie z.B.- NaK. Im Wärmeaustauscher 43 tauscht dieses Ketall mit dem flüssigen ITet.all oder Metallgemisch im Umlauf kanal 31 Wärme auB.

Diese Bauart weist den Vorteil auf,

d-ss beim Aufbau des Erhitzers IO die sich imBetrieb Eigen Schäften der Flüssigkeit in: Behälter

15 nicTi^ |?e^ück eicht igt im weriien brauchen. Die Eigen-■ " 00985170600

~¹⁸~ .... 1691468

Schäften des flüssigen wärmeübertragenden Metalles ändern sich im Laufe der Zeit nicht. Für Wärmeaustauscher 43 besteht baulich eine grössere Freiheit, weil die an den Heissgasmotor zu stellenden Anforderungen hier nicht mehr erfüllt zu werden brauchen, so dass nun ein Wärmeaustauscher aufgebaut werden kenn, der gut mit dem Flüssigkeitsbehälter 31 zusammenwirkt.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Umwandlung von mechanischer Energie in Wärmeenergie. Diese Vorrichtung enthält eine Expansionsturbine 50, einen Wärmeaustauscher 51, einen Kühler 52, einen" Kompressor 53» die auf der gleichen Welle 54wie die Expansionsturbine 50 angeordnet ist. .

Der Ablass des Kompressors 53 mündet über eine Leitung 55 in den Behälter 15. Der Behälter 15 ist mit einer Abfuhr versehen, die über Leitung .56 an den Eintritt der Expansionsturbine 50 angeschlossen ist. . ■ " ■

Im Behälter 15 befindet sich, gleich wie bei den Vorrichtungen nach den vorstehenden Figuren, wieder ein flüssiges Metall oder Ügetallgemisch. Das den Kreis der Turbine und des_ Kompressors durchlaufende Medium ist ein Edelgas, wie Helium oder Argon, das nicht mit den betreffenden Metallen reagiert.

J3ei dieser Vorrichtung ist das zu

erhitzende Arbeitsmittel der Vorrichtung also mit dem Metall bzw. dem Me^^eemisch und den Reaktionsprodukten im Behälter 15 in unmittelbarer Berührung, so

dass ein/güter Wärmeaustausch gesichert ist. 009 65 1/0600

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- Es, ist möglich, dass das durch den

Behälter 15 fliessende Medium Metallteilchen bzw. Metalldampf mitreisst. Um dies zu verhüten, können, wieder die hei der Vorrichtung nach Fig. 1 beschriebenen Massnahmen getroffen werden. _; ."....

■'■-.- Das mit den'Metallen int Behälter 15 reagierende Mittel ist im Behälter 58 enthalten/ weleher mittels einer Leitung 59 und ei» in dieseε angeordnetes Regelventil,62 mit der Stelle 61 des Kreislaufes verbunden ist. Diese Stelle ergibt den Vorteil dass das Arbeitsmittel der orrichtung das reagierende Medium zum Behälter 15 mitführt, so dass das Metall nicht in die Leitung 18 eindringen kann. Der das mit den Metallen reagierende Medium enthaltende Behälter kann gegebenenfalls auch an der mit gestrichelten Linien angegebenen Stelle 57 angeordnet werd-en. Die Anordnung an Stelle 5ö ist aber vorzuziehen da an der Stelle 61 der niedrigste im Kreislauf auftretende Druck vorherrscht»

Pig. 5 zeigt eine Abart der Vorrichtung nach Pig. 4. Dabei wird das Arbeitsmittel nicht mit dem Metall im Behälter 15. in unmittelbarer Berührung gebracht, sondern ist im Behälter 15 ein Wärmeaustauscher 60 angeordnet, der einerseits an die Leitung 55 und andererseits an die Leitung 56 angeschlossen ist.

Der Behälter 15 kann auch bei diesen Vorrichtungen wieder, wie in Fig. 3, die Form eines Umlaufkanals haben.

Bei dieser Vorrichtung wird dae Me-

_;jdium'aus dem Behälter 17 wieder zueammen mit Helium * ^-^c^ 0098S1/0600

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aits dem. Behälter 23 in den Behälter 15 geführt» Diese Bauart hat den Vorteil, dass der Behälter 15 nun nicht dem Zyklusdruck ausgesetzt ist.

Aus Obenstehendera geht hervor, dass die Erfindung ein Erhitzungssystem schafft, das bei einem, gross'en Wärmeinhalt ein verhältnismässig geringes Volumen hat. und das den grossen Vorteil aufweist, dass keine gasförmigen Verbrennungsprodukte abgeführt zu werden brauchen.

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Claims (8)

1. PATENTARSf'RUECHEt ;__ .\ ^v:

   ν IVVorrichtung zur Umwandlung von

   Wärmeenergie in.mechanische Energie, insbesondere Heissgäsmotor, die einen oder mehrere Räume niedrigerer mittlerer Temperatur, in denen ein: Arbeitsmittel· komjrimiert werden kann, und einen oder mehreren mit diesen Räumen in Verbindung stehenden Räumen höherer mittlerer Temperatur enthält, in denen das Arbeitsmittel expandiert werden kann, wobei sich in der Verbindung zwischen jedem Paar dieser Räume ein Wärmeaustauscher, vorzugsweise ein Regenerator* befindet, welche Vorrichtung weiter^veln. Erhitzersy.ßtem zum Zuführen von Warme an das Arbeitsmittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhit=- zersystem mindestens einen ersten Behälter mit einem bei der Betriebstem:.eratur des Arbeitsmittela flüssigen Metall oder flüssigen Metallgeinisch und mindestens einen zweiten Behälter mit einem Medium enthält, das unter Wärmeentwicklung mit der Flüssigkeit im ersten Behälter chemisch derart reagieren kann, dass die Reaktionsprodukte bei der Temperatur und dem Druck im ersten Behälter fest und/oder ■flüssig sind, wobei der zweite Behälter über eine Zuführungsleitung mit dem ersten Behälter in Verbindung steht, während das System weiter eine Regel-

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   vorrichtung enthält, mit der Medium in dosierten Mengen aus dem zweiten Behälter dem ersten Behälter zugeführt wird, wobei die Verrichtung weiter einen dritten Behalter mit einem Medium enthält, das mit dem Metall oder Metallgemisch und dem zugesetzten Medium nicht chemisch reagiert, wobei an diesen dritten Behälter eine Leitung angeschlossen ist, deren anderes Ende sich an die Leitung zwischen dem zweiten und dem ersten Behälter anschliesst, wobei Mittel zum Zuführen von Medium aus dem dritten Behälter an den ersten Behälter vorgesehen sind, und wobei der erste Behälter mit einer Abfuhr für Medium aus dem dritten Behälter versehen ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich im dritten Behälter ein nicht mit den betreffenden Metallen reagierendes Edelgas, wie Helium oder Argon, befindet,
3. - 3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die an den ersten Behälter angeschloss.ene Abfuhr für Medium aus dem dritten Behälter' über eine Zirkulierungspumpe an den dritten Behälter angeschlossen ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1,

   2 oder 3_f dadurch gekennzeichnet, dass in der sich an den ersten Behälter anschliessenden Abfuhr für Medium aus den dritten Behälter eine Vorrichtung zur Abtrennung gegebenenfalls von diesem Medium mltgeführber Metalltei vorgesehen ist.

   ^; 009851/0600 .

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5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1_f 2,

   3 oder 4, dadurch, gek emizeichne ty- dass in die Abfuhr eine sich, an den·zweiten Behälter anschliessende Leitung mündet, durch die;Medium aus dein zweiten Beh'ilter in die Abfuhr flies st, welches Medium chemisch mit den vorhandenen Metallteilchen reagiert. .
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch -gekennzeichnet·, dass sich in der Abfuhr ein Stoff befindet, die für die vorhandene. Metallteilchen eine Getterwirkung Hat. "
7. 7. 'Vorrichtung nach einem öder

   mehreren, der Ansprüche 1 bis 6, die als HeissgasmotOr autgebildet ist, dessen Erhitzer ein Eohrenerliitser ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Timlaufkanal vorgesehen ist, in dem ein Metall oder ■.Metallgemisch, wie ITaIC, zirkuliert, wobei die Erhitzerrohre des Motors von diesem flüssigen Metall oder Ketallgemisch umflossen sind und dieses Metall oder Metallgemisch an einer anderen Stelle mit der Flüssigkeit im ersten Behälter Wärme austauscht.
8. 8. Vorrichtung nach einem oder

   mehreren der Ansprüche 1 bis 6, die eine Expansionsturbine enthält, deren Ablass für expandiertes Medium über einen Wärmeaustauscher und einen Kühler

   ηώ. den Eintritt einer Kompresse ölvorrichtung angeschlossen ist, wobei aer, Ablass der Kompressionsvor— dichtung über einen Erhitzer an den Eintritt der Turbine angeschlossen ist, dadurch gekennzeichneti 009851/0600 BAD OBIGlNAl.

   PHN.1640 I

   , dass das Arbeitsmittsi dieser Vorrichtung ein Edelgas, wie Helium, ist, wobei die sich an den Ablass der Kompressionsvorrichtung anschliessende Leitung mit ihrem anderen Ende an einer niedrigeren Stelle in den ersten Behälter mündet, in dem sich Metall oder ein Metallgemisch befindet,- wobei die Abfuhr dieses Behälters an den Eintritt der Exp_sansi ons turbine angeschlossen ist, wobei die an den zweiten Behälter angeschlossene Leitung sich mit ihrem anderen Ende an den vom Arbeitsmittel durchlaufenen Kreis an einer Stelle anschliesst, die, in der Strömungsrichtung des Arbeitsmittels gesehen, hinter dem Kühler und insbesondere zwischen dem Kühler und dem Eintritt der Kompressionsvorrichtung liegt.

   009851/0600

   Lee rs ei t e