DE102009013196A1 - Verfahren zur Beaufschlagung einer Komponente mit thermischer Energie - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beaufschlagung einer Komponente mit thermischer Energie, bei dem ein Gas (20, 86) erwärmt wird und bei dem die Komponente (4, 84) mit dem Gas (20, 86) in thermischen Kontakt gebracht wird, wobei das Gas (20, 86) zusätzlich durch eine elektrische Entladung (12, 74) oder durch ein Plasma, insbesondere durch einen Plasmastrahl (58, 108) mindestens teilweise ionisiert wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Beaufschlagung einer Komponente mit thermischer Energie, mit der zu beaufschlagenden Komponente (4, 84), mit einem ein Gas beinhaltenden Raumbereich (8, 82) und mit Mitteln (6) zum Erwärmen des Gases, wobei das Gas (20, 86) mit der Komponente (4, 84) in thermischen Kontakt steht und wobei zusätzlich Mittel (10, 42, 72, 92) zur Erzeugung einer elektrischen Entladung (12, 74) oder eines Plasmas, insbesondere eines Plasmastrahls (58, 108), zur zumindest teilweisen Ionisation des Gases (20, 86) vorgesehen sind.

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die Komponente als Wärmetauscher, insbesondere in einem Heizaggregat für Speise-, Heizungs- und/oder Brauchwasser ausgebildet.
  • Das Verfahren ist besonders für derartige Komponenten geeignet, da diese ein hohes Einsparpotential durch eine Verbesserung der Wärmeübertragung und somit des Wirkungsgrades aufweisen.
  • 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.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens wird dadurch erreicht, dass die Komponente als Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung ausgebildet ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Eine solche Vorrichtung ist besonders für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung sind die Mittel zum Erwärmen des Gases als Mittel zum zumindest teilweisen Verbrennen des Gases ausgebildet sind.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung sind die Mittel zum Erwärmen des Gases als Wärmetauscher ausgebildet.
  • Die Verbesserung der Wärmeübertragung ist nicht auf mit einer Flamme erwärmte Gase beschränkt, sondern kann auch die Wärmeübertragung mittels eines Wärmetauschers erwärmter Gase verbessern.
  • Weitere Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung können der Beschreibung vierer Ausführungsbeispiele entnommen werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird.
  • In der Zeichnung zeigen
  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und
  • 4 ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 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.
  • 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Beaufschlagung einer Komponente mit thermischer Energie, – bei dem ein Gas (20, 86) erwärmt wird und – bei dem die Komponente (4, 84) mit dem Gas (20, 86) in thermischen Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, – dass das Gas (20, 86) zusätzlich durch eine elektrische Entladung (12, 74) oder durch ein Plasma, insbesondere durch einen Plasmastrahl (58, 108) mindestens teilweise ionisiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas (20) zumindest teilweise verbrannt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas (20, 86) durch eine Koronaentladung (12), eine dielektrisch behinderte Entladung, eine Bogenentladung (74), eine Mikrowellenentladung und/oder einen Plasmastrahl (58, 108) ionisiert wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente als Wärmetauscher (4), insbesondere in einem Heizaggregat für Speise-, Heizungs- und/oder Brauchwasser ausgebildet ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente als Wärmetauscher (84) zur Wärmerückgewinnung ausgebildet ist.
  6. Verfahren nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas (20, 86) mit einem Wärmetauscher (84) erwärmt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas (20, 86) im Bereich des thermischen Kontaktes mit der Komponente (4, 84) ionisiert wird.
  8. Vorrichtung zur Beaufschlagung einer Komponente mit thermischer Energie, – mit der zu beaufschlagenden Komponente (4, 84), – mit einem ein Gas beinhaltenden Raumbereich (8, 82) und – mit Mitteln (6) zum Erwärmen des Gases, – wobei das Gas (20, 86) mit der Komponente (4, 84) in thermischem Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, – dass zusätzlich Mittel (10, 42, 72, 92) zur Erzeugung einer elektrischen Entladung (12, 74) oder eines Plasmas, insbesondere eines Plasmastrahls (58, 108) zur zumindest teilweisen Ionisation des Gases (20, 86) vorgesehen sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erwärmen des Gases als Mittel (6) zum zumindest teilweisen Verbrennen des Gases (20) ausgebildet sind.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung einer elektrischen Entladung oder eines Plasmas als Mittel (10, 42, 72, 92) zur Erzeugung einer Koronaentladung (12), einer dielektrisch behinderten Entladung, einer Bogenentladung (74), einer Mikrowellenentladung und/oder eines Plasmastrahls (42, 92) ausgebildet sind.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente als Wärmetauscher (4), insbesondere in einem Heizaggregat für Speise-, Heizungs- und/oder Brauchwasser ausgebildet ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente als Wärmetauscher (84) zur Wärmerückgewinnung ausgebildet ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erwärmen des Gases (20, 86) als Wärmetauscher ausgebildet sind.
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