AT10723U1

AT10723U1 - PLASMA BEAM HEATING

Info

Publication number: AT10723U1
Application number: AT0072508U
Authority: AT
Original assignee: Inocon Technologie Gmbh
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2009-08-15

Description

ifcftsTisfcistke AT10 723 U1 2009-08-15ifcftsTisfcistke AT10 723 U1 2009-08-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erhitzen eines flüssigen Wärmeträgers, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.Description: [0001] The invention relates to a device for heating a liquid heat carrier, according to the preamble of claim 1.

[0002] Bisher bekannte Heizsysteme zum Erhitzen eines flüssigen Wärmeträgers arbeiten meist mit fossilen Brennstoffen, wie etwa Öl, Gas oder Kohle. Nachteilig bei solchen Systemen ist einerseits der geringe Wirkungsgrad, da ein wesentlicher Teil der Energie über die Rauchgase in die Atmosphäre abgegeben wird, und andererseits die durch die Abgase verursachte Verunreinigung der Umwelt. Des Weiteren sind alternative Heizsysteme wie etwa Wärmepumpen bekannt, die aber geräteseitig sehr aufwändig sind, und aufgrund der geringen Temperatur des Wärmeträgers nur für spezielle Anwendungen, etwa Fußbodenheizungen, geeignet sind, die wiederum spezielle bauliche Maßnahmen erfordern. Elektrische Widerstandsheizungen wiederum reagieren sehr träge und weisen einen hohen Verbrauch elektrischer Energie auf.Previously known heating systems for heating a liquid heat carrier usually work with fossil fuels, such as oil, gas or coal. A disadvantage of such systems, on the one hand, the low efficiency, since a substantial part of the energy is released via the flue gases into the atmosphere, and on the other hand, caused by the exhaust pollution of the environment. Furthermore, alternative heating systems such as heat pumps are known, but the device side are very expensive, and due to the low temperature of the heat carrier only for special applications, such as underfloor heating, are suitable, which in turn require special structural measures. Electric resistance heaters in turn react very slowly and have a high consumption of electrical energy.

[0003] Es ist somit das Ziel der Erfindung, mithilfe einer neuartigen Vorrichtung den Wirkungsgrad eines Heizsystems zum Erhitzen eines flüssigen Wärmeträgers entscheidend zu erhöhen, wobei diese Vorrichtung einen praktisch emissionsfreien Betrieb ermöglichen soll.It is therefore the object of the invention, using a novel device to increase the efficiency of a heating system for heating a liquid heat carrier crucial, this device should enable a practically emission-free operation.

[0004] Diese Ziele werden durch die Merkmale von Anspruch 1 erreicht. Anspruch 1 bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erhitzen eines flüssigen Wärmeträgers, bei der erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass sie einen Plasmastrahlerzeuger, sowie einen Überströmkörper, auf den der erzeugte Plasmastrahl gerichtet ist, umfasst, wobei der Überströmkörper aus einem wärmeleitfähigen Material gefertigt ist, und an einer Innenfläche des Überströmkörpers vom Wärmeträger durchströmte Kanäle vorgesehen sind. Plasmastrahlerzeuger sind bekannt und für unterschiedliche Leistungsbereiche verfügbar, wobei ein Gas, in der Regel ein Edelgas, durch einen Überstromlichtbogen geleitet wird. Nach Durchlaufen des Lichtbogens liegt das Gas in vollständig ionisierter Form vor, und tritt in weiterer Folge als Plasmastrahl durch eine enge Austrittsdüse aus.These objects are achieved by the features of claim 1. Claim 1 relates to a device for heating a liquid heat carrier, is provided in the invention that it comprises a plasma jet generator, as well as an overflow on which the generated plasma jet is directed, wherein the overflow body is made of a thermally conductive material, and to an inner surface of the overflow of the heat transfer medium flowed through channels are provided. Plasma jet generators are known and available for different power ranges, with a gas, usually a noble gas, being passed through an overcurrent arc. After passing through the arc, the gas is in fully ionized form, and subsequently exits as a plasma jet through a narrow exit nozzle.

[0005] Erfindungsgemäß wird der so erzeugte Plasmastrahl auf einen Überströmkörper gerichtet, der vom Plasmastrahl an seiner Außenseite umströmt wird. Beim Auftreffen des Plasmastrahls auf den Überströmkörper werden Rekombinationsprozesse im Plasma begünstigt, wobei die hierbei freigesetzte Energie auf den Überströmkörper in Form von Wärme abgegeben wird. Erfindungsgemäß ist der Überströmkörper aus einem wärmeleitfähigen Material gefertigt, wobei an einer Innenfläche des Überströmkörpers vom Wärmeträger durchströmte Kanäle vorgesehen sind. Die vom Plasma auf den Überströmkörper abgegebene Energie wird somit auf den Wärmeträger, in der Regel Wasser, übertragen. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Heizsystems besteht darin, dass jene elektrische Energie, die benötigt wird, um den Lichtbogen zur Erzeugung des Plasmas zu zünden, mit hohem Wirkungsgrad in die Energie des Plasmastrahls umgesetzt werden kann. Mit weiteren Maßnahmen, wie sie im Folgenden noch erläutert werden, können Wirkungsgrade von annähernd 100% erreicht werden. Aufgrund der hohen Temperaturen des Plasmastrahls von etwa 18000-200001^ kann außerdem der Wärmeträger ebenfalls mit annähernd perfekten Wirkungsgraden erhitzt werden. Das Plasma rekombiniert im Zuge seiner Bewegung entlang der Außenfläche des Überströmkörpers zum anfänglichen Edelgas, das rückgeführt und wiederverwendet werden kann. So kann ein emissionsfreies Heizsystem geschaffen werden, das außer der elektrischen Stromversorgung für die Zündung des Lichtbogens keine weiteren Ressourcen benötigt.According to the plasma jet thus generated is directed to an overflow body, which is flowed around by the plasma jet on its outer side. When the plasma jet impinges on the overflow body, recombination processes in the plasma are promoted, the energy released in the process being released onto the overflow body in the form of heat. According to the overflow body is made of a thermally conductive material, wherein on an inner surface of the overflow from the heat transfer medium flowed through channels are provided. The energy released by the plasma on the overflow body is thus transferred to the heat transfer medium, usually water. The advantage of the heating system according to the invention is that the electrical energy needed to ignite the arc for generating the plasma can be converted into the energy of the plasma jet with high efficiency. With further measures, as explained below, efficiencies of almost 100% can be achieved. Due to the high temperatures of the plasma jet of about 18000-200001 ^ also the heat carrier can also be heated with approximately perfect efficiencies. As it moves along the outer surface of the overflow body, the plasma recombines to form the initial noble gas that can be recycled and reused. Thus, an emission-free heating system can be created, which requires no resources other than the electrical power supply for the ignition of the arc.

[0006] Der Überströmkörper ist bevorzugt zylindrisch geformt, wobei seine, dem Plasmastrahlerzeuger zugewandte Stirnfläche in Richtung des Plasmastrahlerzeugers gewölbt ausgeführt ist. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Außenfläche des Überströmkörpers in Längsrichtung des Überströmkörpers verlaufende Außenrippen aufweist. Diese Formgebung begünstigt die Rekombination des Plasmas an der Außenfläche des Überströmkörpers.The Überströmkörper is preferably cylindrical in shape, wherein its, the plasma jet generator facing end face is curved in the direction of the plasma jet generator. Furthermore, it is advantageous if the outer surface of the overflow body has outer ribs extending in the longitudinal direction of the overflow body. This shaping favors the recombination of the plasma on the outer surface of the overflow body.

[0007] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann des Weiteren vorgesehen sein, dass 1 /9 öits'rsKä sches (ötsmäftrt AT10 723 U1 2009-08-15 der Überströmkörper mit einer axialen Bohrung versehen ist, in der ein Zulaufrohr als Zulaufkanal für den Wärmeträger angeordnet ist, wobei das Zulaufrohr mit einer Innenfläche des Über-strömkörpers zumindest einen Rücklaufkanal bildet. Der Zulauf für den Wärmeträger kann etwa so gewählt werden, dass er den Wärmeträger von vergleichsweise kühlen Bereichen des Über-strömkörpers über das Zulaufrohr zur, dem Plasmastrahlerzeuger zugewandten Stirnfläche des Überströmkörpers, und somit zu den vergleichsweise heißen Bereichen des Überströmkörpers, führt. Über den zumindest einen Rücklaufkanal zwischen Zulaufrohr und einer Innenfläche des Überströmkörpers wird in weiterer Folge der Wärmeträger wieder einem Ablauf zugeführt, der wiederum in vergleichsweise kühlen Bereichen des Überströmkörpers angeordnet sein wird.According to a preferred embodiment may further be provided that is provided Ötsmäftrt AT10 723 U1 2009-08-15 of the overflow body with an axial bore in which a supply pipe arranged as an inlet channel for the heat transfer 1/9 öits'rsKä The inlet for the heat transfer medium can be selected, for example, such that it transfers the heat transfer medium from relatively cool regions of the overflow body via the supply pipe to the end face of the plasma jet generator Via the at least one return channel between inlet pipe and an inner surface of the overflow body, the heat carrier is subsequently fed again to a discharge, which in turn is arranged in comparatively cool regions of the overflow body will be.

[0008] Der Wärmeträger wird somit entlang seines Weges vom Zulauf zum Ablauf erhitzt. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Innenfläche des Überströmkörpers in Längsrichtung des Überströmkörpers verlaufende Innenrippen aufweist. Diese Innenrippen können sich auch bis zum Zulaufrohr erstrecken, sodass die Innenrippen mit dem Zulaufrohr mehrere Rücklaufkanäle definieren und das Zulaufrohr stabilisieren.The heat carrier is thus heated along its path from the inlet to the drain. In this case, it is advantageous if the inner surface of the overflow body has inner ribs extending in the longitudinal direction of the overflow body. These inner fins can also extend to the inlet pipe, so that the inner fins define with the inlet pipe several return channels and stabilize the inlet pipe.

[0009] Der Überströmkörper kann aus Kupfer oder Aluminium mit korrosionsgeschützter Oberfläche gefertigt sein.The overflow body may be made of copper or aluminum with a corrosion-protected surface.

[0010] Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann ein Primärkreislauf für den Wärmeträger vorgesehen sein, der die Kanäle des Überströmkörpers über einen Vorlauf und einen Rücklauf mit einem Wärmeabgabebereich, etwa ein Heizkörper oder ein sekundärer Wärmetauscher, verbindet. Der Vorlauf führt dabei vom Ablauf des Überströmkörpers zum Wärmeabgabebereich, und der Rücklauf vom Wärmeabgabebereich zum Zulauf des Überströmkörpers. Dabei wird der Primärkreislauf vorzugsweise einen Entlüfter enthalten, um eine kontinuierliche Zufuhr des flüssigen Wärmeträgers zum Überströmkörper, und somit auch dessen Kühlung, sicherzustellen.According to one embodiment of the invention, a primary circuit may be provided for the heat carrier, which connects the channels of the overflow via a flow and a return to a heat dissipation area, such as a radiator or a secondary heat exchanger. The flow leads from the flow of the overflow to the heat dissipation area, and the return from the heat dissipation area to the inlet of the overflow. In this case, the primary circuit will preferably contain a deaerator in order to ensure a continuous supply of the liquid heat carrier to the overflow body, and thus also its cooling.

[0011] Des Weiteren kann zur Kühlung des Plasmastrahlerzeugers ein Sekundärkreislauf vorgesehen sein, der mit dem Rücklauf des Primärkreislaufes, dem Plasmastrahlerzeuger, sowie dem Vorlauf des Primärkreislaufes verbunden ist. Der Wärmeträger wird somit auch zur Kühlung des Plasmastrahlerzeugers verwendet, wobei der auf diese Weise erhitzte Wärmeträger ebenfalls dem Vorlauf des Primärkreislaufes über ein Rückschlagventil zugeführt wird. Dadurch wird auch der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhöht, da auch die im Plasmastrahlerzeuger auftretende Wärme genutzt wird.Furthermore, it can be provided for cooling the plasma jet generator, a secondary circuit which is connected to the return of the primary circuit, the plasma jet generator, and the flow of the primary circuit. The heat carrier is thus also used for cooling the plasma jet generator, wherein the heat carrier heated in this way is also supplied to the flow of the primary circuit via a check valve. As a result, the efficiency of the device according to the invention is increased, since the heat occurring in the plasma jet generator is used.

[0012] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Überströmkörper von einem Gehäuse umgeben, an dem der Plasmastrahlerzeuger gasdicht befestigt ist, wobei das Gehäuse und die vom Plasmastrahl überströmte Außenfläche des Überströmkörpers gasdichte Hohlräume bilden. Dadurch wird ein Entweichen des rekombinierten Gases verhindert. Statt-dessen kann diese Anordnung in einen Gaskreislauf für das im Plasmastrahlerzeuger zu ionisierende Gas eingebunden werden, der die gasdichten Hohlräume des Überströmkörpers mit dem Plasmastrahlerzeuger verbindet, wobei der Gaskreislauf einen Verdichter sowie einen Druckspeicher aufweist. Hierbei ist es auch vorteilhaft, wenn der Verdichter eine Magnetkupplung zwischen Kompressor und Antriebsmotor aufweist.According to an advantageous embodiment of the invention, the overflow body is surrounded by a housing to which the plasma jet generator is attached gas-tight, wherein the housing and the plasma jet overflowed outer surface of the overflow form gas-tight cavities. This prevents the recombined gas from escaping. Instead, this arrangement can be integrated into a gas circulation for the gas to be ionized in the plasma jet generator, which connects the gas-tight cavities of the overflow body with the plasma jet generator, the gas circulation having a compressor and a pressure accumulator. It is also advantageous if the compressor has a magnetic coupling between the compressor and the drive motor.

[0013] Zur weiteren Erhöhung des Wirkungsgrades kann vorgesehen sein, dass der Plasmastrahlerzeuger im Bereich seiner Austrittsdüse für den Plasmastrahl von Permanentmagneten umgeben ist. Ein konzentrisch angeordnetes Magnetfeld schnürt den Plasmastrahl in der Austrittsdüse des Plasmastrahlerzeugers zusätzlich ein und verstärkt die Dissoziation des Gases bei gleichbleibender elektrischer Anspeiseleistung. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Plasmastrahlerzeuger eine Austrittsdüse für den Plasmastrahl aufweist, die mit Drallkanälen versehen ist. Auch mithilfe eines solcherart erzeugten, rotierenden Gasstrahles kann die Dissoziation des Gases verbessert werden. Dabei handelt es sich bei dem, im Plasmastrahlerzeuger ionisierten Gas vorzugsweise um ein Edelgas, um Wasserstoff, oder um ein Gemisch aus einem Edelgas und Wasserstoff.To further increase the efficiency can be provided that the plasma jet generator is surrounded in the region of its outlet nozzle for the plasma jet of permanent magnets. A concentrically arranged magnetic field constricts the plasma jet in the outlet nozzle of the plasma jet generator in addition and enhances the dissociation of the gas while maintaining the electrical power supply. Furthermore, it is advantageous if the plasma jet generator has an outlet nozzle for the plasma jet, which is provided with swirl channels. Even with the help of such a generated, rotating gas jet, the dissociation of the gas can be improved. The gas ionized in the plasma jet generator is preferably a noble gas, hydrogen, or a mixture of a noble gas and hydrogen.

[0014] Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mithilfe der beilie- 2/9 ifcftsTisfcistke AT10 723 U1 2009-08-15 genden Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt die [0015] Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, sowie angedeutetem Primärkreislauf, Sekundärkreislauf sowie Gaskreislauf, [0016] Fig. 2 einen Querschnitt des Überströmkörpers mit Gehäuse und einem zentralen, axial verlaufenden Zulaufrohr, und die [0017] Fig. 3 einen Querschnitt durch die Austrittsdüse des Plasmastrahlerzeugers mit, im Umfangsbereich der Austrittsdüse konzentrisch angeordneten Permanentmagneten.The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment with the aid of the enclosed Figures. 1 shows a cross section through an embodiment of a device according to the invention, as well as indicated primary circuit, secondary circuit and gas circuit, FIG. 2 shows a cross section of the overflow body with housing and a central, axially extending inlet pipe, and [0017] FIG 3 shows a cross section through the outlet nozzle of the plasma jet generator with permanent magnets concentrically arranged in the peripheral region of the outlet nozzle.

[0018] Zunächst wird auf die Fig. 1 Bezug genommen. Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Plasmastrahlerzeuger 1 und einem Überströmkörper 2. Der Plasmastrahlerzeuger 1 weist einen Gasanschluss 3 auf, über den das zu ionisierende Gas, vorzugsweise ein Edelgas wie z. B. Argon, oder auch ein Gemisch aus einem Edelgas und Wasserstoff zugeführt wird. Durch Beimengung von Wasserstoff kann die Leistung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gesteigert werden, da bei der Rekombination von ionisiertem Wasserstoff eine höhere Energie frei wird, als etwa bei der Rekombination eines Edelgases. Auch die ausschließliche Verwendung von Wasserstoff wäre theoretisch denkbar, wenngleich die Handhabung von reinem Wasserstoff derzeit noch nicht praktikabel erscheint. Der Plasmastrahlerzeuger 1 verfügt des Weiteren über Stromanschlüsse 4. Als Stromquelle wird in der Regel ein Gleichrichter-Transformator verwendet, der etwa eine Spannung bis 60V bei einer Stromstärke von ca. 400A bereitstellt. Die Stromquelle ist mit einer Elektrode 6 verbunden, die in einer Elektrodenhalterung 7 befestigt ist. Die Zündung des Lichtbogens zur Ionisierung des zugeführten Gases und zur Herstellung des Plasmas erfolgt über eine Hochfrequenz-Quelle, wie sie auch bei Schweißgeräten üblich ist. Plasmastrahlerzeuger dieser Art sind Stand der Technik und werden etwa vom Anmelder mit Leistungen von 20-100kW hergestellt. Das zugeführte Gas wird bei Durchlaufen des Lichtbogens ionisiert, und tritt in weiterer Folge durch die Austrittsdüse 5 als Plasmastrahl 8 aus. Wie in der Fig. 3 ersichtlich ist, kann der Plasmastrahlerzeuger 1 im Bereich seiner Austrittsdüse 5 für den Plasmastrahl 8 von Permanentmagneten 36 umgeben sein. Ein konzentrisch angeordnetes Magnetfeld schnürt den Plasmastrahl 8 in der Austrittsdüse 5 des Plasmastrahlerzeugers 1 zusätzlich ein, und verstärkt die Dissoziation des Gases bei gleichbleibender elektrischer Anspeiseleistung. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Austrittsdüse für den Plasmastrahl 8 Drallkanäle aufweist, da auch mithilfe eines solcherart erzeugten, rotierenden Gasstrahles die Dissoziation des Gases und das Ausrittsverhalten des Plasmastrahls 8 durch die Austrittsdüse 5 verbessert werden kann.First, reference is made to FIG. 1. Fig. 1 shows a cross section through an embodiment of a device according to the invention with a plasma jet generator 1 and a Überströmkörper 2. The plasma jet generator 1 has a gas port 3 through which the gas to be ionized, preferably a noble gas such. As argon, or a mixture of a noble gas and hydrogen is supplied. By adding hydrogen, the performance of the device according to the invention can be increased because in the recombination of ionized hydrogen, a higher energy is released, such as in the recombination of a noble gas. Even the exclusive use of hydrogen would theoretically be conceivable, although the handling of pure hydrogen does not appear to be practicable at present. The plasma jet generator 1 further has power connections 4. As a power source, a rectifier transformer is generally used which provides approximately a voltage of up to 60V at a current of approximately 400A. The power source is connected to an electrode 6 which is fixed in an electrode holder 7. The ignition of the arc for the ionization of the gas supplied and for the production of the plasma via a high-frequency source, as is common also in welding equipment. Plasma jet generators of this type are state of the art and are produced, for example, by the applicant with outputs of 20-100 kW. The supplied gas is ionized when passing through the arc, and subsequently exits through the outlet nozzle 5 as a plasma jet 8. As can be seen in FIG. 3, the plasma jet generator 1 can be surrounded by permanent magnets 36 in the region of its outlet nozzle 5 for the plasma jet 8. A concentrically arranged magnetic field constricts the plasma jet 8 in the outlet nozzle 5 of the plasma jet generator 1 in addition, and enhances the dissociation of the gas at a constant electrical power supply. Furthermore, it is advantageous if the outlet nozzle for the plasma jet 8 has swirl channels, since the dissociation of the gas and the outflow behavior of the plasma jet 8 through the outlet nozzle 5 can also be improved with the aid of a rotating gas jet generated in this way.

[0019] Ein Überströmkörper 2 ist axial zur Austrittsdüse 5 angeordnet, und ist vorzugsweise zylindrisch geformt, wobei seine, dem Plasmastrahlerzeuger 1 zugewandte Stirnfläche 21 in Richtung des Plasmastrahlerzeugers 1 gewölbt ausgeführt ist. Der Plasmastrahl 8 ist auf den Überströmkörper 2 gerichtet, und trifft im Bereich der Stirnfläche 21 auf. Dabei rekombiniert das Plasma, wodurch Energie freigesetzt wird, die als Wärmeenergie auf den Überströmkörper 2 übertragen wird. Dabei ist es sinnvoll, wenn der Überströmkörper 2 tatsächlich als Stoppkörper für den Plasmastrahl 8 wirkt, da dadurch die Rekombination des Plasmas beschleunigt wird. Wird der Plasmastrahl 8 etwa in eine verrippte Bohrung des Überströmkörpers 2 eingeblasen, wie bei einem Siederohrkessel, würde die Energieabgabe hauptsächlich an das Plasmagas selbst erfolgen. Folglich würde der Energieübertrag vom Plasma an den Überströmkörper 2 länger dauern, und der Überströmkörper 2 müsste länger ausgeführt werden.An overflow 2 is arranged axially to the outlet nozzle 5, and is preferably cylindrical in shape, wherein its, the plasma jet generator 1 facing end face 21 is curved in the direction of the plasma jet generator 1. The plasma jet 8 is directed onto the overflow body 2, and strikes in the region of the end face 21. In the process, the plasma recombines, releasing energy which is transferred to the overflow body 2 as heat energy. It is useful if the overflow 2 actually acts as a stop body for the plasma jet 8, since thereby the recombination of the plasma is accelerated. If the plasma jet 8 is injected approximately into a ribbed bore of the overflow body 2, as in a boiling-water boiler, the energy release would take place mainly at the plasma gas itself. Consequently, the transfer of energy from the plasma to the overflow body 2 would take longer and the overflow body 2 would have to be made longer.

[0020] Der Überströmkörper 2 kann etwa aus Kupfer oder Aluminium mit korrosionsgeschützter Oberfläche gefertigt sein. Das abströmende Heißgas wird entlang der Außenfläche des Überströmkörpers 2 in Längsrichtung des Überströmkörpers 2 abgeführt, wobei die Außenfläche bevorzugt in Längsrichtung des Überströmkörpers 2 verlaufende Außenrippen 9 aufweist (siehe Fig. 2). Dadurch wird die Kontaktoberfläche vergrößert, und die Wärmeübertragung folglich verbessert. Der Überströmkörper 2 ist des Weiteren von einem Gehäuse 10 umgeben, der den Überströmkörper 2 dicht umschließt und vorzugsweise mithilfe eines evakuierten Hohlraums 11 3/9 öite'rsKäsches (ötsmäftrt AT10 723 U1 2009-08-15 gegen Wärmeverluste thermisch isoliert ist. An einem ersten Ende des Gehäuses 10 ist der Plasmastrahlerzeuger 1 dicht befestigt, und an seinem gegenüberliegenden Ende mit einem Sockel 12 dicht verschlossen. Das Gehäuse 10 und die Außenfläche des Überströmkörpers 2 bilden somit gasdichte Hohlräume 13. Falls sich, wie in der Fig. 2 ersichtlich ist, das Gehäuse 10 an den Außenrippen 9 des Überströmkörpers 2 abstützt, werden Gaskanäle gebildet, die sich bis zu einem Gasringkanal 14 erstrecken, in dem das abströmende Gas gesammelt und über einen Gasauslass 15 abgeführt wird.The overflow 2 may be made of copper or aluminum with corrosion-resistant surface. The outflowing hot gas is discharged along the outer surface of the overflow body 2 in the longitudinal direction of the overflow body 2, the outer surface preferably having outer ribs 9 extending in the longitudinal direction of the overflow body 2 (see FIG. 2). As a result, the contact surface is increased, and thus improves the heat transfer. The overflow body 2 is further surrounded by a housing 10, which tightly encloses the overflow body 2 and is preferably thermally insulated against heat losses by means of an evacuated cavity 1110 The plasma jet generator 1 is tightly fastened to the end of the housing 10 and is sealed at its opposite end by a base 12. The housing 10 and the outer surface of the overflow body 2 thus form gas-tight cavities 13. If, as can be seen in FIG. the housing 10 is supported on the outer ribs 9 of the overflow 2, gas channels are formed, which extend to a gas ring channel 14, in which the outflowing gas is collected and discharged via a gas outlet 15.

[0021] Der Überströmkörper 2 ist des Weiteren mit einer axialen Bohrung 16 versehen, in der ein Zulaufrohr 17, das einen Zulaufkanal 35 für den Wärmeträger bildet, angeordnet ist, wobei das Zulaufrohr 17 mit einer Innenfläche des Überströmkörpers 2 des Weiteren zumindest einen Rücklaufkanal 18 bildet. Die Innenfläche des Überströmkörpers 2 kann dabei in Längsrichtung des Überströmkörpers 2 verlaufende Innenrippen 19 aufweisen. Diese Innenrippen 19 können sich auch bis zum Zulaufrohr 17 erstrecken, wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, sodass die Innenrippen 19 mit dem Zulaufrohr 17 mehrere Rücklaufkanäle 18 definieren und das Zulaufrohr 17 stabilisieren. Das Zulaufrohr 17 ist mit einem Anschluss 20 für den Wärmeträger versehen. Der Wärmeträger strömt dabei vom Anschluss 20 innerhalb des Zulaufrohrs 17 zur Innenseite der Stirnfläche 21, und wird in den Rücklaufkanälen 18 wieder abgeführt. Durch den Kontakt mit der heißen Innenfläche des Überströmkörpers 2 wird Wärme auf den Wärmeträger übertragen, der sich somit entlang dieses Bewegungsweges zunehmend aufheizt. Dabei fungiert der Wärmeträger auch als Kühlung des Überströmkörpers 2, wobei darauf zu achten ist, dass der Wärmeträgerstrom nicht abreißt, wie noch näher ausgeführt werden wird. Die Rücklaufkanäle 18 münden in einen Ringkanal 22, der etwa durch eine entsprechende Bohrung im Sockel 12 gebildet wird. Über einen Wärmeträgerauslass 23 wird schließlich der erhitzte Wärmeträger abgeführt.The overflow 2 is further provided with an axial bore 16 in which a feed pipe 17, which forms an inlet channel 35 for the heat carrier, is arranged, wherein the inlet pipe 17 with an inner surface of the overflow 2 further comprises at least one return channel 18th forms. The inner surface of the overflow body 2 may have inner ribs 19 extending in the longitudinal direction of the overflow body 2. These inner ribs 19 can also extend as far as the inlet pipe 17, as can be seen from FIG. 2, so that the inner ribs 19 define a plurality of return channels 18 with the inlet pipe 17 and stabilize the inlet pipe 17. The inlet pipe 17 is provided with a connection 20 for the heat transfer medium. The heat carrier flows from the port 20 within the inlet pipe 17 to the inside of the end face 21, and is discharged again in the return channels 18. As a result of the contact with the hot inner surface of the overflow body 2, heat is transferred to the heat carrier, which thus increasingly heats up along this path of movement. In this case, the heat carrier also acts as a cooling of the overflow body 2, it being important to ensure that the heat transfer stream does not break off, as will be explained in more detail. The return channels 18 open into an annular channel 22 which is formed approximately through a corresponding hole in the base 12. Finally, the heated heat carrier is removed via a heat carrier outlet 23.

[0022] Der Anschluss 20 und der Wärmeträgerauslass 23 sind Teil eines Primärkreislaufes für den Wärmeträger, der die Rücklaufkanäle 18 des Überströmkörpers 2 über einen Vorlauf 24 und einen Rücklauf 25 mit einem Wärmeabgabebereich 26, etwa ein Heizkörper oder ein sekundärer Wärmetauscher, verbindet. Eine Umwälzpumpe 27 und ein Überdruckventil stellen den optimalen Leitungsdruck sicher, der etwa 2 bar betragen kann, wobei der Wärmeträgerkreislauf vorzugsweise durch einen Strömungswächter überwacht wird. Ein Thermostat begrenzt einstellbar die Temperatur des Wärmeträgers, vorzugsweise Wasser, auf maximal 80 °C, indem er mit der Steuerung des Plasmastrahlerzeugers 1 verbunden ist. Um ein Abreißen des Wärmeträgerstroms im Überströmkörper 2, und somit dessen permanente Kühlung sicher zu stellen, kann des Weiteren ein Entlüfter vorgesehen sein.The port 20 and the heat carrier outlet 23 are part of a primary circuit for the heat carrier, which connects the return channels 18 of the overflow 2 via a flow 24 and a return 25 with a heat release area 26, such as a radiator or a secondary heat exchanger. A circulation pump 27 and a pressure relief valve ensure the optimum line pressure, which may be about 2 bar, wherein the heat carrier circuit is preferably monitored by a flow switch. A thermostat adjustably limits the temperature of the heat carrier, preferably water, to a maximum of 80 ° C by being connected to the controller of the plasma jet generator 1. In order to ensure a tearing off of the heat carrier flow in the overflow body 2, and thus its permanent cooling, a venting device can furthermore be provided.

[0023] Zur Kühlung des Plasmastrahlerzeugers 1 ist ein Sekundärkreislauf vorgesehen, der mit dem Rücklauf 25 des Primärkreislaufes, dem Plasmastrahlerzeuger 1, sowie dem Vorlauf 24 des Primärkreislaufes verbunden ist. Hierbei wird dem Rücklauf 25 des Primärkreislaufes kühler Wärmeträger abgezweigt, und mithilfe einer Pumpe 28 einem Kühlanschluss 29 des Plasmastrahlerzeugers 1 zugeführt. Die Pumpe 28 stellt dabei einen Druck von etwa 4-6 bar sicher. Der kühle Wärmeträger umspült in weiterer Folge die Elektrode 6 und die Austrittsdüse 5 des Plasmastrahlerzeugers 1, erwärmt sich dabei, und wird schließlich über einen Kühlauslass 30 wieder abgeführt. Der auf diese Weise erhitzte, abströmende Wärmeträger kann dem Vorlauf 24 des Primärkreislaufes über ein Rückschlagventil 31 zugeführt werden, sodass auch jene Wärme, die im Plasmastrahlerzeuger an sich als Verlustleistung auftreten würde, genutzt wird. Dadurch wird der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung entscheidend erhöht. Ein vom Primärkreislauf getrennter Sekundärkreislauf mit einem höheren Leitungsdruck ist deshalb vorteilhaft, weil in der Regel im Primärkreislauf Luftblasen auftreten, die die Kühlung des Plasmastrahlerzeugers beeinträchtigen, und in weiterer Folge zur Zerstörung der Elektrode 6 oder der Austrittsdüse 5 führen könnten. Die Abzweigung des kühlen Wärmeträgers aus dem Primärkreislauf muss dabei von einem Entlüftungssystem aus erfolgen, um die Bildung von Luftblasen im Sekundärkreislauf zu unterbinden. Auch im Sekundärkreislauf ist ein Strömungswächter vorgesehen, der mit der Steuerung des Plasmastrahlerzeugers 1 verbunden ist.For cooling the plasma jet generator 1, a secondary circuit is provided which is connected to the return 25 of the primary circuit, the plasma jet generator 1, and the flow 24 of the primary circuit. In this case, the return flow 25 of the primary circuit is diverted to a cooler heat carrier, and fed by means of a pump 28 to a cooling port 29 of the plasma jet generator 1. The pump 28 ensures a pressure of about 4-6 bar. The cool heat carrier subsequently flows around the electrode 6 and the outlet nozzle 5 of the plasma jet generator 1, heats up in the process, and is finally removed again via a cooling outlet 30. The heated in this way, outflowing heat transfer medium can be supplied to the flow 24 of the primary circuit via a check valve 31, so that even the heat that would occur in the plasma jet generator per se as power loss, is used. As a result, the efficiency of the device according to the invention is significantly increased. A separated from the primary circuit secondary circuit with a higher line pressure is advantageous because generally occur in the primary circuit air bubbles that affect the cooling of the plasma jet generator, and could subsequently lead to the destruction of the electrode 6 or the outlet nozzle 5. The diversion of the cool heat carrier from the primary circuit must be carried out by a venting system to prevent the formation of air bubbles in the secondary circuit. Also in the secondary circuit, a flow monitor is provided, which is connected to the controller of the plasma jet generator 1.

[0024] Wie des Weiteren der Fig. 1 entnommen werden kann, ist ferner ein Gaskreislauf für das 4/9 ijstsfiiicsischfis patcBiamt AT 10 723 U1 2009-08-15 im Plasmastrahlerzeuger 1 zu ionisierende Gas vorgesehen, der die gasdichten Hohlräume 13 des Überströmkörpers 2 über den Gasauslass 15 und den Gasanschluss 3 mit dem Plasmastrahlerzeuger 1 verbindet, wobei der Gaskreislauf einen Verdichter 32, einen Druckspeicher 33, sowie einen Druckminderer 34 aufweist. Der Verdichter 32 kann dabei eine Magnetkupplung zwischen Kompressor und Antriebsmotor aufweisen, um eventuelle Undichtheiten des Gaskreislaufes in der Wellendurchführung zu vermeiden. Die Gasführung wird somit durch eine angetriebene Strömungseinrichtung (z. B. Turbine oder Schraubenverdichter) in einem nach außen hermetisch dichten Umlaufsystem in Zirkulation gehalten. Dabei ist ein leichter Überdruck, etwa 0. 8 bar, vorteilhaft, der mit Sensoren überwacht wird. Bei Druckabfall unter einen vorgegebenen Wert kann nach Ansprechen einer Warn- und Abschaltvorrichtung über ein am Druckspeicher 33 angeordnetes Füllventil der ursprüngliche Zustand wieder hergestellt werden. Durch die Kreislaufführung des Plasmagases erfolgt ein weitestgehend ressourcenfreier Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung, da das Plasmagas an sich keiner Veränderung und keinem Verbrauch unterliegt.1, a gas cycle for the gas to be ionized in the plasma jet generator 1 is also provided for the gas that is to be ionized in the plasma jet generator 1, the gas-tight cavities 13 of the overflow body 2 connects via the gas outlet 15 and the gas port 3 to the plasma jet generator 1, wherein the gas circuit comprises a compressor 32, a pressure accumulator 33, and a pressure reducer 34. The compressor 32 may have a magnetic coupling between the compressor and the drive motor in order to avoid any leaks in the gas circulation in the shaft passage. The gas guide is thus kept in circulation by a driven flow device (eg turbine or screw compressor) in an outwardly hermetically sealed circulation system. It is a slight overpressure, about 0. 8 bar, advantageous, which is monitored with sensors. If the pressure drops below a predetermined value, the original state can be restored after the response of a warning and disconnection device via a filling valve arranged on the pressure accumulator 33. By the circulation of the plasma gas is largely resource-free operation of the device according to the invention, since the plasma gas is subject to no change and no consumption.

[0025] Da die erfindungsgemäße Vorrichtung mit sehr hohen Temperaturen von 18000-20000 °C arbeitet, ist eine vorgegebene Reihenfolge der Aggregatschaltung einzuhalten. So ist zunächst der Primärkreislauf einzuschalten, und der erforderliche Leitungsdruck von etwa 2 bar sicher zu stellen. Dadurch wird der Überströmkörper 2 gekühlt. Danach ist der Sekundärkreislauf einzuschalten, und der erforderliche Leitungsdruck von etwa 4-6 bar sicher zu stellen. Dadurch werden die Elektrode 6 und die Austrittsdüse 5 gekühlt. Schließlich ist der Gaskreislauf einzuschalten, und der erforderliche Überdruck von etwa 0. 8 bar sicher zu stellen. Dadurch wird der Plasmastrahlerzeuger 1 mit Gas versorgt. Nun kann der Plasmastrahlerzeuger 1 eingeschaltet werden, und die Zündung des Lichtbogens erfolgen. Hierbei kann zunächst mit niedrigeren Leistungen begonnen werden, um eine Schockbelastung der thermisch exponierten Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere der Elektrode 6, der Austrittsdüse 5 und der Stirnfläche 21, zu vermeiden. Nach Erreichen der gewünschten Temperatur im Wärmeabgabebereich 26 (oder auch bei Erreichen einer vorgegebenen Maximaltemperatur im Vorlauf des Primärkreislaufes) kann der Plasmastrahlerzeuger 1 abgeschaltet werden, wobei aber der Sekundärkreislauf noch für wenige Minuten eingeschaltet bleiben muss, und der Primärkreislauf stets eingeschaltet bleibt. Falls die Temperatur im Wärmeabgabebereich 26 (oder auch die Temperatur des Wärmeträgers im Vorlauf des Primärkreislaufes) einen vorgegebenen Wert unterschreitet, kann der Plasmastrahlerzeuger wieder eingeschaltet werden. Dabei kann der Plasmastrahlerzeuger 1, im Gegensatz etwa zu einem Ölbrenner, auch stufenlos geregelt werden, sodass ein ökonomischer Betrieb möglich ist.Since the device according to the invention operates at very high temperatures of 18000-20000 ° C, a predetermined order of aggregate circuit is observed. So first the primary circuit must be switched on, and the required line pressure of about 2 bar must be ensured. As a result, the overflow body 2 is cooled. Then turn on the secondary circuit and ensure the required line pressure of about 4-6 bar. As a result, the electrode 6 and the outlet nozzle 5 are cooled. Finally, the gas circulation must be switched on and the required overpressure of approximately 0. 8 bar must be ensured. As a result, the plasma jet generator 1 is supplied with gas. Now, the plasma jet generator 1 can be turned on, and the ignition of the arc take place. In this case, it is initially possible to start with lower powers in order to avoid shock loading of the thermally exposed components of the device according to the invention, in particular the electrode 6, the outlet nozzle 5 and the end face 21. After reaching the desired temperature in the heat dissipation region 26 (or even when reaching a predetermined maximum temperature in the flow of the primary circuit), the plasma jet generator 1 can be switched off, but the secondary circuit must remain switched on for a few minutes, and the primary circuit is always turned on. If the temperature in the heat dissipation region 26 (or the temperature of the heat carrier in the flow of the primary circuit) falls below a predetermined value, the plasma jet generator can be turned on again. In this case, the plasma jet generator 1, in contrast, for example, to an oil burner, are also steplessly controlled, so that an economical operation is possible.

[0026] Somit wird mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Heizsystem bereit gestellt, dessen Wirkungsgrad gegenüber herkömmlichen Heizsystemen zum Erhitzen eines flüssigen Wärmeträgers entscheidend erhöht ist, wobei diese Vorrichtung einen praktisch emissionsfreien Betrieb ermöglicht. 5/9Thus, a heating system is provided by means of the device according to the invention, the efficiency compared to conventional heating systems for heating a liquid heat carrier is significantly increased, this device allows a practically emission-free operation. 5.9

Claims

SJätemarct AT 10 723 U1 2009-08-15 Claims 1. A device for heating a liquid heat carrier, characterized in that it comprises a plasma jet generator (1) and an overflow body (2) to which the generated plasma jet (8) is directed , wherein the overflow body (2) is made of a thermally conductive material, and on an inner surface of the overflow body (2) through which the heat transfer medium flowed through channels (18, 35) are provided.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the overflow body (2) is cylindrically shaped, and its, the plasma jet generator (1) facing end face (21) in the direction of the plasma jet generator (1) is curved.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the outer surface of the overflow body (2) in the longitudinal direction of the overflow body (2) extending outer ribs (9).

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the overflow body (2) is provided with an axial bore, in which a feed pipe (17) is arranged as an inlet channel (35) for the heat carrier, wherein the inlet pipe (17) an inner surface of the overflow body (2) forms at least one return channel (18).

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the inner surface of the overflow body (2) in the longitudinal direction of the overflow body (2) extending inner ribs (19).

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the overflow body (2) is made of copper or aluminum with a corrosion-protected surface.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that a primary circuit is provided for the heat carrier, the channels of the overflow body (2) via a flow (24) and a return (25) with a heat dissipation region (26), such as a radiator or a secondary heat exchanger connects.

8. The device according to claim 7, characterized in that the primary circuit contains a breather.

9. Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that for cooling the plasma jet generator, a secondary circuit is provided, which is connected to the return line (25) of the primary circuit, the plasma jet generator (1), and the flow (24) of the primary circuit.

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the overflow body (1) by a housing (10) is surrounded, to which the plasma jet generator (1) is attached gas-tight, wherein the housing (10) and the plasma jet (8) overflowed outer surface of the overflow body (2) form gas-tight cavities (13).

11. The device according to claim 10, characterized in that a gas circulation for in the plasma jet generator (1) to be ionized gas is provided, which connects the gas-tight cavities (13) of the overflow body (2) with the plasma jet generator (1), wherein the gas circuit a Compressor (32), and a pressure accumulator (33).

12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the compressor (32) has a magnetic coupling between the compressor and the drive motor.

13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the plasma jet generator (1) in the region of its outlet nozzle (5) for the plasma jet (8) by permanent magnets (36) is surrounded.

14. The device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the 6/9 iM (We patoiat AT10 723 U1 2009-08-15 plasma jet generator (1) has an outlet nozzle (5) for the plasma jet (8), which with Swirl channels is provided.

15. Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that it is in the plasma jet generator (1) ionized gas is a noble gas, hydrogen, or a mixture of a noble gas and hydrogen. For this 2 sheets drawings 7/9