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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beaufschlagung einer Komponente
mit thermischer Energie, bei dem ein Gas erwärmt wird und bei dem die Komponente
mit dem Gas in thermischen Kontakt gebracht wird. Die Erfindung
betrifft auch eine Vorrichtung zur Beaufschlagung einer Komponente
mit thermischer Energie, mit der zu beaufschlagenden Komponente,
mit einem ein Gas beinhaltenden Raumbereich und mit Mitteln zum
Erwärmen
des Gases, wobei das Gas mit der Komponente in thermischem Kontakt
steht.
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Unter
einem Gas wird im Rahmen der Erfindung allgemein ein gasförmiges Medium
verstanden. Es kann sich daher auch um ein Gasgemisch oder um den
gasförmigen
Aggregatzustand eines bei Raumtemperatur flüssigen oder festen Stoffes
handeln. Das Gas ist insbesondere auch nicht im rein chemischen
Sinne zu verstehen. So handelt es sich im Bezug auf diese Erfindung
auch um ein Gas, wenn sich seine Zusammensetzung beispielsweise
durch chemische Reaktionen wie Oxidationen ändert. Der Begriff Gas ist
somit sehr breit auszulegen.
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Zur
Beaufschlagung von Komponenten mit thermischer Energie werden im
Stand der Technik häufig
Wärmetauscher
und/oder Brenner eingesetzt. So kann zur Warmwassererzeugung beispielsweise ein
Durchlauferhitzer verwendet werden. Dieser besteht aus einem als
Wärmetauscher
ausgebildeten Rohrsystem sowie einem in der Regel darunter angeordnetem
Brenner. Beim Betrieb wird kaltes Wasser in das Rohrsystem eingespeist
und mit dem Brenner eine Gasflamme erzeugt. Die von der Gasflamme ausgehende
thermische Energie wird durch das die Flamme bildende Gas sowie
das die Flamme umgebende Gas zum Wärmetauscher transportiert und
erwärmt
so das in diesem geführte
Wasser. Einen im Prinzip vergleichbaren Aufbau zeigen auch Wärmeerzeuger
für Warmwasserheizungen.
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Weiterhin
werden zur Reduktion des Heizbedarfs in Räumen und Gebäuden insbesondere
aus ökonomischen
und ökologischen
Gründen
Wärmetauscher
installiert, welche die Wärme
der nach außen
abgeführten
Innenraumluft zumindest teilweise an die von außen eingeführte Luft übertragen. Auf diese Weise
wird erreicht, dass die Luft in einem Raum bzw. in einem Gebäude durch
frische Luft ausgetauscht werden kann, ohne dass die in der Innenraumluft
gespeicherte Wärmeenergie
vollständig nach
außen
gelangt. Die frische Luft ist so beim Eintritt in den Raum bereits
vorgewärmt
und die Heizleistung im Raum kann reduziert werden.
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Ein
wichtiger Parameter bei derartigen Heizsystemen und Wärmetauschern
ist der Wirkungsgrad. Er ist ein Maß für die Effizienz der Wärmeübertragung.
Die Wirtschaftlichkeit der Wärmebeaufschlagung
ist umso größer, je
höher der
erreichte Wirkungsgrad ist. Dasselbe gilt für die Umweltverträglichkeit.
Es ist daher ein allgemeines Bestreben, den Wirkungsgrad gegenüber den
aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Beaufschlagung
von Komponenten mit thermischer Energie zu verbessern.
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Der
beanspruchten Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein gattungsgemäßes Verfahren sowie
eine gattungsgemäße Vorrichtung
zur Verfügung
zu stellen, bei denen ein höherer
Wirkungsgrad erreicht werden kann.
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Diese
Aufgabe wird nach einer ersten Lehre der Erfindung bei einem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass das Gas zusätzlich
durch eine elektrische Entladung oder durch ein Plasma, insbesondere
durch einen Plasmastrahl mindestens teilweise ionisiert wird.
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Es
ist erkannt worden, dass die Wärmeübertragung
durch eine derartige Ionisation verbessert werden kann. So hat sich
beispielsweise bei einem Wärmetauscher
herausgestellt, dass die Temperatur der Abluft, das heißt die Temperatur
des erwärmten Gases
nach Durchlaufen des Wärmetauschers, durch
die zumindest teilweise Ionisation der Abluft reduziert werden kann.
Die von dem erwärmten
Gas gespeicherte thermische Energie wird im Wärmetauscher also besser übertragen.
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Die
Ionisation führt
zu einem besseren Anströmverhalten
der Flamme bzw. des durch die Flamme erhitzten Gases an die zu beaufschlagende
Komponente. Auf diese Weise wird die thermische Energie des Gases
zu der Komponente befördert
bzw. ihre Übertragung
auf die Komponente verbessert.
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Weiterhin
kann durch die Ionisation erreicht werden, dass die zu beaufschlagende
Komponente beim Betrieb von Verunreinigungen, beispielsweise von
Russ gereinigt wird. Dadurch wird eine Reduktion der Wärmeübertragung
durch derartige Verunreinigungen verhindert oder zumindest reduziert.
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Für die Ionisation
des Gases wird bevorzugt weniger Energie aufgewendet als zur Erwärmung des
Gases. So dient die zusätzliche
Ionisation nicht der zusätzlichen
Erwärmung
des Gases, sondern der Verbesserung der Wärmeübertragung.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens wird das Gas zumindest teilweise verbrannt. Es hat
sich gezeigt, dass die Beaufschlagung einer Komponente mit thermischer
Energie durch eine Verbrennung besonders gut durch eine zusätzliche
Ionisation verbessert werden kann. So kann durch die Ionisation
insbesondere eine bessere und vollständige Verbrennung erreicht
werden.
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Bei
dem Gas kann es sich beispielsweise um Erdgas oder Propan handeln.
Durch eine Verbrennung in Verbindung mit Sauerstoff werden diese Gase
im Wesentlichen zu Kohlendioxid und Wasserdampf. Im Rahmen der Erfindung
wird unter diesen Verbrennungsprodukten gemäß dem oben dargelegten breiten
Verständnis
des Gasbegriffes dennoch dasselbe Gas verstanden, da die chemische
Umwandlung der Gasbestandteile abgesehen von der Erwärmung des
Gases für
die Ionisation im Wesentlichen unerheblich ist.
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Das
Gas wird in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens durch
eine Koronaentladung, eine dielektrisch behinderte Entladung, eine
Bogenentladung, eine Mikrowellenentladung und/oder einen Plasmastrahl
ionisiert.
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Es
hat sich gezeigt, dass das Gas auf diese Weise besonders effektiv
ionisiert werden kann. Bei einer Koronaentladung wird ein Lichtbogen
zwischen zwei Elektroden durch ein Arbeitsgas so verformt, dass
die Ionisation in einem großen Bereich
erfolgen kann. Bei einer dielektrisch behinderten Entladung ist eine
Elektrode mit einem Dielektrikum umgeben. Durch eine zwischen den
Elektroden angelegte Spannung ergeben sich lokale Ladungen auf dem
Dielektrikum, die zu kurzzeitigen Entladungen führen. Die Entladungen treten
dabei nacheinander an verschiedenen Stellen des Dielektrikums auf,
so dass eine Ionisation durch solche aufeinanderfolgenden Entladungen
in einem großen
Bereich erfolgen kann. Die Ionisation kann auch durch einen Plasmastrahl erfolgen.
Dieser kann beispielsweise mit einer aus dem Stand der Technik bekannten
Plasmadüse
erzeugt werden. Ein solcher Plasmastrahl hat ebenfalls den Vorteil,
dass die Ionisation in einem großen Bereich möglich ist.
Weiterhin weist ein solcher Plasmastrahl eine geringere Materialbeanspruchung
der zu beaufschlagenden Komponente sowie einen besonders guten Reinigungseffekt
der Oberfläche
der Komponente auf. Eine Ionisation ist auf vorteilhafte Weise auch
durch eine Bogenentladung oder eine Mikrowellenentladung möglich. Im
Prinzip kommt es aber auf die Art der Ionisation des Gases nicht
an.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens ist die Komponente als Wärmetauscher, insbesondere in
einem Heizaggregat für Speise-,
Heizungs- und/oder Brauchwasser ausgebildet.
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Das
Verfahren ist besonders für
derartige Komponenten geeignet, da diese ein hohes Einsparpotential
durch eine Verbesserung der Wärmeübertragung
und somit des Wirkungsgrades aufweisen.
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Das
Heizaggregat kann dabei beispielsweise als Heizkessel einer Heizung,
als Durchlauferhitzer oder als ein anderes Gerät ausgebildet sein, bei dem ein
Medium, insbesondere Wasser, durch eine Gasflamme erhitzt wird.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform des
Verfahrens wird dadurch erreicht, dass die Komponente als Wärmetauscher
zur Wärmerückgewinnung
ausgebildet ist.
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Das
Verfahren ist auch bei einem derartigen Wärmetauscher besonders geeignet
anzuwenden, da durch die Verbesserung der Übertragung der thermischen
Energie der wärmeren
Abluft zur kälteren Zuluft
der Verlust an Wärmeenergie
durch die Abluft minimiert werden kann und so große Energieeinsparungen
möglich
sind.
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In
einer weiteren Ausführungsform
des Verfahrens wird das Gas mit einem Wärmetauscher erwärmt. Das
Verfahren ist somit nicht auf die Erwärmung des Gases durch eine
Verbrennung beschränkt.
Bei dem Wärmetauscher
kann es sich beispielsweise um einen Heizkörper oder um einen Wärmetauscher
zur Wärmerückgewinnung
handeln. Die durch einen solchen Wärmetauscher erhitzte Raumluft
kann dann durch das weitere Verfahren mit einem weiteren Wärmetauscher
zum Teil wieder zurückgewonnen
werden. Insbesondere kann die thermische Energie, die der durch
einen Wärmetauscher
zur Wärmerückgewinnung
strömenden
Zuluft zugeführt wird,
beim späteren
Austritt als Abluft durch denselben oder einen weiteren Wärmetauscher
teilweise wieder entzogen werden.
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Die
Verbesserung der Wärmeübertragung wird
in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dadurch erreicht,
dass das Gas im Bereich des thermischen Kontaktes mit der Komponente
ionisiert wird. Auf diese Weise kann eine vorzeitige Rekombination
des ionisierten Gases verhindert und so die für die Wärmeübertragung vorteilhafte Wirkung
der Ionisation verbessert werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
des Verfahrens, ist die Komponente als ein Werkstoff ausgebildet,
der durch die Beaufschlagung mit thermischer Energie seine Struktur
verändert.
Die thermische Energie wird dabei also dazu verwendet, eine beabsichtigte
Strukturänderung
der Komponente herbeizuführen.
Durch das Verfahren wird dabei eine gleichmäßige und verbesserte Wärmebeaufschlagung
erreicht, so dass die Strukturänderung
homogener, schneller und/oder durch geringere Heizleistung erreicht
wird.
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Bei
einer solchen Komponente kann es sich beispielsweise um einen bei
Hitze schrumpfenden Kunststoff, um einen zu schmelzenden Werkstoff, insbesondere
einen Schmelzkleber, oder um zwei durch Wärme zu fügende Werkstücke handeln.
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In
einer weiteren Ausführungsform
des Verfahrens, ist die Komponente als zu reinigende Werkstückoberfläche ausgebildet.
Es hat sich gezeigt, dass durch die Ionisation des erwärmten Gases
eine besonders gute Reinigung von Werkstoffoberflächen möglich ist.
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Eine
weitere Ausführungsform
des Verfahrens ist dadurch gegeben, dass es sich bei der Komponente
um einen magnetohydrodynamischen Generator handelt. Ein solcher
Generator wandelt kinetische bzw. thermische Energie in elektrische
Energie um. Es hat sich gezeigt, dass der Betrieb eines solchen
Generators durch die Ionisation des Gases verbessert wird.
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Die
Aufgabe wird nach einer zweiten Lehre der Erfindung bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung
dadurch gelöst,
dass zusätzlich
Mittel zur Erzeugung einer elektrischen Entladung oder eines Plasmas,
insbesondere eines Plasmastrahls zur zumindest teilweisen Ionisation
des Gases vorgesehen sind.
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Auf
diese Weise wird eine Vorrichtung für die Beaufschlagung von Komponenten
mit thermischer Energie zur Verfügung
gestellt, die gegenüber
den Vorrichtungen aus dem Stand der Technik eine verbesserte Übertragung
der thermischen Energie gewährleistet.
Durch die Mittel zur Erzeugung einer elektrischen Entladung wird
das erwärmte
Gas teilweise ionisiert, so dass die Übertragung der thermischen
Energie an die Komponente verbessert wird.
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Eine
solche Vorrichtung ist besonders für die Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Vorrichtung sind die Mittel zum Erwärmen des Gases als Mittel zum
zumindest teilweisen Verbrennen des Gases ausgebildet sind.
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Durch
die teilweise Verbrennung des Gases wird das Gas auf besonders einfache
Weise erwärmt. Das
Gas kann beispielsweise einen Propan- oder Erdgas-Anteil aufweisen
und die Mittel zum Verbrennen können
als Gasbrenner ausgebildet sein.
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Die
Mittel zur Erzeugung einer elektrischen Entladung oder eines Plasmas
sind in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform als Mittel zur Erzeugung
einer Koronaentladung, einer dielektrisch behinderten Entladung,
einer Bogenentladung, einer Mikrowellenentladung und/oder eines
Plasmastrahls ausgebildet.
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Aus
dem Stand der Technik bekannte Koronaentladungs- und Plasmadüsen haben
sich dabei als besonders vorteilhaft erwiesen. Alternativ können zwei
Elektroden zur Erzeugung eines Lichtbogens vorgesehen sein. Bei
einer leitfähigen
Komponente kann diese auch eine der Elektroden ersetzen. Dielektrisch
behinderte Entladungen können
auf einfache Weise dadurch erreicht werden, dass eine Elektrode
oder die Komponente zusätzlich
eine dielektrische Schicht aufweist.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform der
beanspruchten Vorrichtung ist dadurch gegeben, dass die Komponente
als Wärmetauscher,
insbesondere in einem Heizaggregat für Speise-, Heizungs- und/oder
Brauchwasser ausgebildet ist.
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Die
Erwärmung
des Wassers kann so durch die bessere Übertragung der thermischen
Energie des Gases, insbesondere einer Gasflamme, auf den das Wasser
führenden
Wärmetauscher
mit höherer Effektivität erfolgen.
Damit werden beispielsweise der Gasverbrauch bei einem Gasbrenner
verringert und dadurch Kosten reduziert. Da die Erwärmung von
Wasser in Haushalten und in der Industrie einen großen Energieaufwand
verursacht, kann schon eine geringe Verbesserung der Wärmeübertragung
zu einer großen
Kostenersparnis führen.
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Eine
weitere Heizkostenersparnis wird in einer Ausführungsform der Vorrichtung
dadurch erreicht, dass die Komponente als Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung
ausgebildet ist. Mit einem derartigen Wärmetauscher wird der Abluft
eines Raumes Wärme
entzogen und diese der Zuluft zugeführt, so dass dem Raum die durch
die Abluft entzogene Wärmeenergie
zumindest teilweise wieder zugeführt werden
kann. Durch die zusätzliche
Ionisation der wärmeren
Abluft wird eine bessere Übertragung
der Wärme
auf die kältere
Zuluft erreicht. Ein größerer Teil
der durch die Abluft abfließenden
Wärme kann
so dem Raum wieder zugeführt
werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Vorrichtung sind die Mittel zum Erwärmen des Gases als Wärmetauscher
ausgebildet.
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Die
Verbesserung der Wärmeübertragung
ist nicht auf mit einer Flamme erwärmte Gase beschränkt, sondern
kann auch die Wärmeübertragung mittels
eines Wärmetauschers
erwärmter
Gase verbessern.
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Weitere
Vorteile und Ausführungsformen
der Erfindung können
der Beschreibung vierer Ausführungsbeispiele
entnommen werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen
wird.
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In der Zeichnung zeigen
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sowie ein erstes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sowie ein zweites Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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3 ein
drittes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sowie ein drittes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens und
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4 ein
viertes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sowie ein viertes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
sowie ein erstes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die
Vorrichtung 2 ist als Heizaggregat einer Heizung oder eines
Durchlauferhitzers ausgebildet. Sie weist einen rohrförmigen Wärmetauscher 4,
einen Gasbrenner 6, einen zwischen dem Wärmetauscher 4 und
dem Gasbrenner 6 angeordneten Raumbereich 8 sowie
eine Koronadüse 10 zur
Erzeugung einer Koronaentladung 12 auf. Der Wärmetauscher 4 weist
Rippen 14 auf, die seine Oberfläche erhöhen und einer besseren Wärmeübertragung
dienen. Im Inneren des Wärmetauschers
wird ein Wärmeträger 16,
vorzugsweise Wasser geführt.
Der Gasbrenner 6 weist ein Rohr 18 auf, in welches
ein Gas 20, beispielsweise Propan oder Erdgas, eingeleitet
wird. Das Gas 20 tritt durch Öffnungen 22 im Rohr 18 aus dem
Rohr aus und in den Raumbereich 8 ein. Durch einen mit
einer Zündvorrichtung
(nicht gezeigt) erzeugten Zündfunken
wird das durch die Öffnung 22 austretende
Gas 20 gezündet,
so dass sich Gasflammen 24 ausbilden. Das Gas 20 reagiert
in der Flamme mit dem im Raumbereich 8 oder im Gas 20 selbst vorhandenen
Sauerstoff. Auf diese Weise wird das Gas im Raumbereich 8 erwärmt.
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Die
Koronadüse 10 weist
einen Grundköper 26 mit
zwei Kanälen 28 auf.
In den Kanälen 28 ist
jeweils eine Elektrode 30 angeordnet. Die Kanäle 28 sind
darüber
hinaus an eine Versorgung mit einem Arbeitsgas angeschlossen (nicht
gezeigt). Zwischen den Elektroden 30 wird eine hohe Spannung
angelegt, so dass es zur Ausbildung eines Lichtbogens 32 kommt.
Der Lichtbogen wird durch das aus den Kanälen 28 austretende
Arbeitsgas verformt, so dass sich eine Koronaentladung 12 ergibt,
die sich über
einen größeren Bereich
des Raumbereiches 8 erstreckt.
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Durch
die Koronaentladung 12 wird das erwärmte Gas im Raumbereich 8 teilweise
ionisiert. Es hat sich gezeigt, dass dadurch die Übertragung
der thermischen Energie des Gases auf den Wärmetauscher 4 und
somit auf den zu erwärmenden
Wärmeträger 16 verbessert
wird.
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2 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
sowie ein zweites Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Der
Unterschied zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
besteht darin, dass bei der Vorrichtung 40 anstelle der
Koronadüse 10 eine
Plasmadüse 41 vorgesehen
ist. Die Plasmadüse 41 weist
ein Düsenrohr 42 aus
Metall auf, das sich konisch zu einer Auslassöffnung 43 verjüngt. Am
der Auslassöffnung 43 entgegen
gesetzten Ende weist das Düsenrohr 42 einer
Einlasseinrichtung 44 mit einen Einlass 45 für ein Arbeitsgas
auf, beispielsweise für
Druckluft. Eine Zwischenwand 46 der Einlasseinrichtung 44 weist
einen Kranz von Bohrungen 47 auf, durch die das Arbeitsgas
eingelassen wird. Sind die Bohrungen 47 schräg in Umfangsrichtung
angestellt, so wird der stromabwärtige,
konisch verjüngte
Teil des Düsenrohres
von dem Arbeitsgas in der Form eines Wirbels 48 durchströmt, dessen
Kern auf der Längsachse
des Düsenrohres
verläuft.
Die Ausbildung des Wirbels ist vorteilhaft für die Stabilität der Bogenentladung,
aber nicht notwendig.
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An
der Unterseite der Zwischenwand 46 ist mittig eine Elektrode 49 angeordnet,
die koaxial in den verjüngten
Abschnitt des Düsenrohres
hineinragt. Die Elektrode 49 ist elektrisch mit der Zwischenwand 46 und
den übrigen
Teilen der Einlasseinrichtung 44 verbunden. Die Einlasseinrichtung 44 ist durch
ein Keramikrohr 50 elektrisch gegen das Düsenrohr 42 isoliert. Über die
Einlasseinrichtung 44 wird an die Elektrode 49 eine
hochfrequente Hochspannung, beispielsweise eine Wechselspannung oder
eine gepulste Gleichspannung angelegt, die von einem Hochfrequenztransformator 51 erzeugt
wird. Die Primärspannung
ist variabel regelbar und beträgt beispielsweise
300 bis 500 V. Die Sekundärspannung
kann 1 bis 10 kV oder mehr betragen. Die Frequenz liegt beispielsweise
in der Größenordnung
von 1 bis 100 kHz, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 50 kHz, und
ist vorzugsweise ebenfalls regelbar. Die Einlasseinrichtung 44 ist
mit dem Hochfrequenztransformator 51 über ein flexibles Hochspannungskabel 52 verbunden.
Der Einlass 45 ist über
einen nicht gezeigten Schlauch mit einer Druckluftquelle mit variablem
Durchsatz verbunden, die vorzugsweise mit dem Hochfrequenzgenerator 51 zu
einer Versorgungseinheit kombiniert ist. Das Düsenrohr 42 ist geerdet.
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Durch
die angelegte Spannung wird eine Hochfrequenzentladung in der Form
eines Lichtbogens 53 zwischen der Elektrode 49 und
dem Düsenrohr 42 erzeugt.
Bildet sich im Düsenrohr 42 ein
Gaswirbel aus, so wird durch die drallförmige Strömung des Arbeitsgases dieser
Lichtbogen im Wirbelkern auf der Achse des Düsenrohres 42 kanalisiert.
Der Lichtbogen verzweigt sich im Bereich der Auslassöffnung 43 zur
Wand des Düsenrohres 42.
Das Arbeitsgas, das im Bereich des Wirbelkerns und damit in unmittelbarer
Nähe des
Lichtbogens 53 mit hoher Strömungsgeschwindigkeit rotiert,
kommt mit dem Lichtbogen in innige Berührung und wird dadurch zum
Teil in den Plasmazustand überführt, so
dass ein Strahl 58 eines atmosphärischen Plasmas, etwa in der
Gestalt einer Kerzenflamme, aus der Auslassöffnung 43 der Plasmadüse 42 austritt.
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Wenn
der Plasmastrahl 58 mit dem Gas im Raumbereich 8 in
Wechselwirkung tritt, kommt es zu einer mindestens teilweisen Ionisation
des Gases. Dadurch wird die Übertragung
der thermischen Energie von dem erwärmten Gas auf den Wärmetauscher 4 verbessert.
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Die
zur Erzeugung des Plasmastrahls 58 oder auch der Koronaentladung 12 verwendete
Energie ist dabei vorzugsweise geringer als die zur Erwärmung des
Gases verwendete Energie. So kann zum Beispiel die Wärmeübertragung
auf den Wärmetauscher
bei einem Heizaggregat mit einer Heizleistung der Flamme von 8 bis
16 kW durch eine mit einer Leistung von 1 bis 2 kW betriebene Plasmadüse verbessert
werden.
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3 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
sowie ein drittes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die
Vorrichtung 70 unterscheidet sich von den in 1 und 2 gezeigten
Ausführungsbeispielen
dadurch, dass die elektrische Entladung direkt zwischen dem Wärmetauscher 4 und
dem Gasbrenner 6 erzeugt wird. Der Wärmetauscher 4 und der
Gasbrenner 6 sind dazu leitfähig ausgebildet und elektrisch
mit dem Spannungsbauteil 72 verbunden. Das Spannungsbauteil 72 weist
eine hochfrequente Hochspannungsquelle auf, so dass zwischen dem Wärmetauscher 4 und
dem Gasbrenner 6 eine hochfrequente Hochspannung anliegt,
die beispielsweise in Form einer Wechselspannung oder in Form einer geregelten
oder gepulsten Gleichspannung vorliegen kann. Die Hochspannung kann
beispielsweise 1 bis 10 kV oder mehr betragen. Die Frequenz liegt
beispielsweise in der Größenordnung
von 1 bis 100 kHz, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 50 kHz. Die Hochspannung
zwischen dem Wärmetauscher 4 und dem
Gasbrenner 6 entlädt
sich in Bogenentladungen 74, in deren Umgebung das Gas
im Raumbereich 8 ionisiert wird. Die Oberfläche des
Wärmetauschers 4 kann
optional auch eine dielektrische Schicht aufweisen, so dass es anstelle
der Bogenentladungen 74 zu dielektrisch behinderten Entladungen
kommt. Weiterhin kann anstelle des Wärmetauschers 4 und/oder des
Gasbrenners 6 eine Elektrode mit dem Spannungsbauteil 72 verbunden
sein.
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4 zeigt
ein viertes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
sowie ein viertes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die
Vorrichtung 80 weist eine Abluftrohrleitung 82 und
eine Zuluftrohrleitung 84 auf, die miteinander in thermischem
Kontakt stehen. Durch die Abluftrohrleitung 82 strömt wärmere Abluft 86 aus
einem Raum (nicht gezeigt) heraus und durch die Zuluftrohrleitung 84 strömt kältere Zuluft 88 in
den Raumbereich hinein. Die Luft in dem Raum ist beispielsweise
durch eine Heizung oder einen anderen Wärmetauscher erwärmt. Typische
Werte für
die Abluft 86 und die Zuluft 88 sind beispielsweise
25°C bzw.
12°C. Durch
den thermischen Kontakt zwischen der Zuluftrohrleitung 84 und
der Abluftrohrleitung 82 wird ein Teil der thermischen
Energie der wärmeren Abluft 86 auf
die Zuluftrohrleitung 84 und damit auf die kältere Zuluft 88 übertragen.
Die Zuluftrohrleitung stellt somit einen Wärmetauscher dar. Eine solche Vorrichtung
findet beispielsweise Anwendung bei der Belüftung von Wohn- oder Büroräumen, bei
denen durch eine Rückgewinnung
eines Teils der in der Abluft gespeicherten thermischen Energie
Heizkosten gespart werden können.
In der Darstellung ist die Fließrichtung
der Abluft 86 und der Zuluft 88 entgegengesetzt.
Es ist aber auch denkbar, dass die Abluft 86 und die Zuluft 88 dieselbe
Fließrichtung
aufweisen.
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In
der Wand der Abluftrohrleitung ist eine Öffnung 90 vorgesehen,
an die eine Plasmadüse 92 angeschlossen
ist. Die Plasmadüse 92 weist
einen rohrförmigen
Grundkörper 94 auf,
dessen Querschnitt an einer Seite zu einer kleinen Düsenöffnung 96 reduziert
ist. Auf der der Düsenöffnung 96 abgewandten Seite
des Grundkörpers 94 ist
der Querschnitt bis auf einen Arbeitsgaseinlass 98 verjüngt. In
der Wand des Grundkörpers 94 sind
zwei im Wesentlichen sich gegenüberliegende
Elektroden 100 angeordnet. Die Elektroden 100 sind
mit einer Spannungsquelle 102 verbunden, die beispielsweise
eine hochfrequente Hochspannung, zum Beispiel als Wechselspannung oder
als gepulste Gleichspannung erzeugt. Die Hochspannung kann beispielsweise
1 bis 10 kV oder mehr betragen. Die Frequenz liegt beispielsweise
in der Größenordnung
von 1 bis 100 kHz, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 50 kHz. Durch
die zwischen den Elektroden 100 anliegende Hochspannung
bilden sich Lichtbögen 104 aus.
Diese werden von dem durch den Arbeitsgaseinlass 98 einströmenden Arbeitsgas 106 in
Richtung auf die Düsenöffnung 96 verformt.
Das Arbeitsgas 106 wird in den Lichtbögen 104 teilweise
ionisiert. Auf diese Weise bildet sich vor der Düsenöffnung 96 ein Plasmastrahl 108.
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Die
Plasmadüse
kann alternativ auch wie die in 2 gezeigte
Plasmadüse 42 ausgebildet
sein. Es sind prinzipiell aber auch andere Arten von Plasmadüsen oder
andere Komponenten zur Erzeugung eines Plasmas oder eines Plasmastrahls
möglich.
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Der
von der Plasmadüse 92 erzeugte
Plasmastrahl 108 gelangt durch die Öffnung 90 in den die Abluft
führenden
Raumbereich der Abluftrohrleitung 82. Die durch die Abluftrohrleitung 82 strömende warme
Abluft 86 wird durch den Plasmastrahl 108 teilweise
ionisiert. Dadurch wird die Übertragung
der thermischen Energie der Abluft 86 auf die Zuluftrohrleitung 84 und
somit auf die Zuluft 88 verbessert.
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Alternativ
zu einer Plasmadüse
können
im Bereich der Abluftrohrleitung 82 auch eine andere Komponente
zur Erzeugung eines Plasmas, eine Koronadüse oder Elektroden zur Erzeugung
einer Bogenentladung oder einer dielektrisch behinderten Entladung
vorgesehen sein. Auf die Art der Erzeugung der elektrischen Entladung
zur Ionisation des warmen Gases kommt es letztlich aber nicht an.