NO743564L - - Google Patents

Description

Anordning for frembringelse og utveksling av

varme med en varmeforbrukende innretning.

Oppfinnelsen angår en anordning for frembringelse

av varme ved reaksjon mellom natrium eller litium og fluor og/eller klor som sådanne eller i form av en gassblanding, omfattende hjelpemidler for å utveksle den frembragte varme med en varmeforbrukende innretning ved fordampning og kondensering av natrium, kalium eller blandinger av disse metaller i kontakt med en varmeveksler.

Frembringelse av varme ved reaksjon mellom litium eller litiumlegering i en lukket reaksjonsbeholder med en gassformet fluorblanding, som for eksempel svovelheksafluorid (SF^) og gassformet eller flyktig fluorkarbon eller fluorklorkarbonblandinger er kjent, for eksempel fra U.S. patentskrift nr. 3.156.595 og 3.325.318.

Når det gjelder anvendelse av blandinger av litium med natrium og/eller kalium, er oppfinnelsen basert på den kjennsgjerning at i tilfelle av reaksjon av en gassformet blanding av fluor med en metallblanding som inneholder litium og natrium og/eller kalium, dannes hovedsakelig litiumfluorid i første rekke, fordi mulige natrium- og/eller kaliumfluorider dannes i smeiten eller i metalldampen over smeiten ifølge NaF + Li—>-LiF+Na og Kf+Li—>LiF+K med litium også danner litiumfluorid. Det samme er tilfelle med mulige dannede sulfider av natrium og kalium som like-ledes reagerer med litium under dannelse av litiumsulfid. Fortrinnsvis inneholder metallblandingen ved begynnelsen av reaksjonen 15 til 30 vekt-% natrium og/eller kalium og resten litium. Opp til tilnærmet 1000°C viser dampen over blandingene seg å ha et uvesent-lig kvantum litium. Damptrykket over blandingen er tilnærmet 3

ganger større en.det man skulle anta ifølge Raoults lov. Som følge av denne avvikelse fra Raoults lov, kan en anordning ifølge oppfinnelsen arbeide uten at temperaturen 1 den reagerende metallblanding blir mer enn ca. 150°C høyere enn temperaturen ved hvilken overføringen av varme til den varmeforbrukende innretning inntar under kondenseringen. Dette er særlig viktig for anvendelse av anordningen ifølge oppfinnelsen i forbindelse med varmeforbrukende innretninger, i hvilken overføringen av varme fortrinnsvis skjer ved temperaturer på mere enn ca. 700°C, som f.eks. i en Stirling motor. I denne motor øker den avgitte energi med temperaturen av den tilførete varme.

Som i anordningen ifølge.oppfinnelsen velges temperaturen av den reagerende metallblanding 1 reaksjonsbeholderen vanligvis bare med 150°C høyere, og dot er da ingen ekstra problemer med hensyn til valg av konstruksjonsmaterialer som tåler de høye temperaturer som anvendes.

Varmetransportsysternet kan være utformet som et varmerør, hvor røret for metalldampen er belagt med et porøst ma-teriale gjennom hvilket kondensatet kan ledes tilbake til reaksjonsbeholderen under virkning av kapillarkréfter. Det er alternativt mulig å utnytte tyngdekraften eller en egnet pumpe for tilbake-føring av kondensatet.

Ved anordningens driftstemperatur, som i ethvert tilfelle ligger over smeltepunktet for de salter som dannes under reaksjonen, er metallene litium, natrium og litiumkalium tilstrek-kelig blandbare.

Oppfinnelsen skal nedenfor beskrives nærmere

under henvisning til tegningen.

Pig. 1 viser skjematisk en utførelsesform av anordningen ifølge oppfinnelsen, hvor rørsystemet omfatter en pumpe. Fig. 2 viser skjematisk en utførelsesform av anordningen ifølge oppfinnelsen, hvor kondensatet føres tilbake til metallblandingen under innvirkning av tyngdekraften. Fig. 3 viser skjematisk en utførelsesform av anordningen ifølge oppfinnelsen med varmerørkonstruksjon.

Anordningen på fig. 1 omfatter en reaksjonsbeholder 1, et kondenseringsrom 2 og en kombinert forråds- og sedimenteringsbeholder 3. Reaksjonsbeholderen 1 inneholder en smeltet metallblanding 4, som f.eks. inneholder 80 Vekt-% litium og 20 vekt-% natriuu En konstant strøm av SFg gass tilføres reaksjonsbeholderen gjennom

en tilførselskanal 5. Gassen reagerer i reaksjonsbeholderen 1 øyeblikkelig med metallblandingen 4 og danner hovedsakelig bare litiumfluorid og litiumsulfid, hvilke salter hovedsakelig er ubland-bare med metallsmelten 4 og som følge av større tetthet samlet i flytende tilstand i den nedre del av reaksjonsbeholderen 4. Den flytende litium fluorid-litium sulfidblanding 6 flyter gjennom kanalen 7 til forråds- og sedimenteringsbeholderen 3 og lagres der. Natriumdamp som dannes under reaksjonen i reaksjonsbeholderen ledes gjennom kanalen 8 til kondenseringsromroet 2 som opptar varmerørene 9 i en Stirling motor 10. Kondensatet 11 som hovedsakelig består

av natrium strømmer gjennom kanalen 12 og inn i kanalen 13. En elektromagnetisk pumpe 14 omgir kanalen 13 og pumpen pumper litium natriumblandingen 15 i forrådsbeholderen 3 til reaksjonsbeholder-

en 1. Ved en temperatur på 900°C av metallblandingen i reaksjonsbeholderen, viser det seg at metalldamptrykket over smeiten er

200 Torr. Temperaturen i kondensatet 11 i kondenseringsrommet 2

er ca. 750°C. Ved denne temperatur er natrium damptrykket 200 Torr. Disse data viser at temperaturen i reaksjonsbeholderen behøver

bare være 150°C høyere enn temperaturen i kondenseringsrommet for . at anordningen skal arbeide. Ifølge Raoults lov vil metalldamptrykket over metallsmelten som inneholder 80 vekt-% litium og 20 vekt-% natrium bare 75 Torr ved en temperatur på 900°C.

Hvis innholdet i reaksjonsbeholderen 1 og forrådsbeholderen 3 og sammensetningen 1 metallblandingene som velges er slik at etter at reaksjonen har begynt befinner det seg en blanding i reaksjonsbeholderen som inneholder ca. 20 vekt-% natrium og ca. 40 vekt-% ved slutten av reaksjonen, idet temperaturen i reaksjonsbeholderen, samtidig som det opprettholdes samme temperatur i kondenseringsrommet, gradvis avtar til ca. 350°C ved reguler-ing av tilførselshastigheten for SFg..

Anordningen på fig. 2 inneholder hovedsakelig

en reaksjons- og sediménteringsbeholder 21 og et kondenseringsrom 22, i hvilket er anordnet en varmeveksler 23 for en termodynamisk maskin. Smeltet natrium 24 befinner seg i reaksjonsbeholderen 21. Klorgass tilføres reaksjonsbeholderen 21 gjennom en kanal 25. Klor reagerer i reaksjonsbeholderen 21 øyeblikkelig med natriumsmelten 24 og danner natriumklorid som avsettes som en flytende masse 26 i den nedre del av reaksjonsbeholderen 21. Natriumdamp som dannes under reaksjonen strømmer gjennom en kanal 27 til kondenseringsrommet 22, hvor dampen kondenseres, mens det avgis varme til varmeveks-leren 23. Kondensatet som dannes strømmer tilbake gjennom kanalen 27 til reaksjonsbeholderen 21. Ved denne utførelse er kondenser-ingstemperaturen bare noen grader lavere enn reaksjonstemperaturen. Tilførselen av klor avsluttes når metalldamptrykket i systemet be-gynner å avta/mens temperaturen i reaksjonsbeholderen forblir den samme.

Anordningen på fig. 3 avviker ikke prinsipielt fra anordningen på fig. 2, og samme henvisningstall er derfor anvendt. Istedetfor å føres tilbake under innvirkning av tyngdekraften som på fig. 2, ledes kondensatet tilbake ved kapillarkrefter gjennom et porøst veggbelegg 28, f.eks. bestående av gass av rustfritt stål i kanalen 27 til reaksjonsbeholderen 21. Anordningen ifølge fig. 2

og 3 er egnet for anvendelse, f.eks. i forbindelse med propellmeka-nismen i en torpedo. Anordningen ifølge oppfinnelsen kan fremstil-les av rustfritt stål 8-18. Anordningen ifølge oppfinnelsen er særlig fordelaktig når det gjelder utveksling av stor energi mellom den varmefrembringende anordning og den varmeforbrukende innretning med forholdsvis enkle midler.

Claims (6)

1. Anordning for frembringelse av varme ved reaksjon mellom natrium eller litium og fluor og/eller klor som sådanne eller i form av en gassblanding, omfattende hjelpemidler for å utveksle den frembragte varme med en varmeforbrukende innretning ved fordampning og kondensering av natrium, kalium eller blandinger av disse metaller i kontakt med en varmeveksler, karakteri sert ved en reaksjonsbeholder i hvilken en gass innfø res gjennom en tilførselskanal til en metållsmelte i beholderen, i hvilken métalldamp som dannes som følge av varmeutviklingen under reaksjonen mellom gassen og metallsmelten, tilføres gjennom en eller flere kanaler til en varmeveksler, mens det kondensat som dannes ledes tilbake til reaksjonsbeholderen.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at reaksjonsbeholderen er forbundet med en kombinert forråds- og sedimenteringsbeholder gjennom en avledningskanal for salter som dannes under varmeutviklingen, og med en tilførselskanal for metallsmelten.

3. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved en pumpe i avledningskanalen for salter som dannes eller i tilførselskanalen for metallsmelten eller i begge.

4. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at kondensatet ledes tilbake til reaksjonsbeholderen gjennom en kanal som ender i tilførselskanalen for ny metallblanding.

5. Anordning ifølge kravene 1 - 4, karakterisert ved at etter at reaksjonen er startet er en blanding av 15 - 30 vekt-% natrium og/eller kalium og resten litium tilstede i anordningen.

6. Fremgangsmåte til frembringelse av varme ved reaksjon mellom natrium eller litium og fluor og/eller klor som sådanne eller i form av en gassbdanding, og utveksling av den frembragte varme med en varmeforbrukende innretning ved fordampning og kondens ering av natrium, kalium eller blandinger av disse metaller, karakterisert ved at smeltet natrium eller én blanding av litium og natrium og/eller kalium reagerer i en reaksjonsbeholder med fluor og/eller klor eller blandinger av disse halogener, idet damp av natrium og/eller kalium som dannes som følge av varmeutviklingen, ledes til en varmeveksler i den varmeforbrukende innretning, og kondensatet ledes tilbake til reaksjonsbeholderen.