DE102009054410A1 - Device for the mechanical heating of liquids - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen von Flüssigkeiten mit einem eine umfangsseitig geschlossene Behälterwandung aufweisenden Behälter (1), der eine Längsachse (A) aufweist und in den die Flüssigkeit einbringbar ist, wobei in dem Behälter (1) ein oder mehrere Elemente mit Durchbrüchen und/oder Kapillaren und/oder Poren angeordnet sind, durch welche die Flüssigkeit strömt und durch die dabei auftretende Reibung erwärmt wird.The invention relates to a device for heating liquids with a container having a circumferentially closed container (1) having a longitudinal axis (A) and in which the liquid is introduced, wherein in the container (1) one or more elements with openings and / or capillaries and / or pores are arranged through which the liquid flows and is heated by the friction occurring.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum mechanischen Erwärmen von Flüssigkeiten durch Bewegung und Reibung der Flüssigkeit.The The invention relates to a device for mechanical heating of liquids by movement and friction of the liquid.
Bereits
in
Die Verwendung von zwei sich entgegengesetzt rotierenden Riemenscheiben und daran befestigten Scheiben ist dabei relativ aufwendig. Das Pressen der Flüssigkeit durch eine enge Röhre erzielt nicht die erforderliche Reibung für eine effektive Erwärmung der Flüssigkeit.The Use of two counter rotating pulleys and attached discs is relatively expensive. The Press the liquid through a narrow tube does not achieve the required friction for an effective Heating the liquid.
Aus
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum mechanischen Erwärmen einer Flüssigkeit bzw. von Flüssigkeiten zu entwickeln, die einen einfachen konstruktiven Aufbau aufweist und effizient arbeitet.Of the Invention is based on the object, a device for mechanical Heating a liquid or liquids to develop, which has a simple structural design and works efficiently.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Vorrichtung zum Erwärmen von Flüssigkeiten mit einem eine umfangsseitig geschlossene Behälterwandung aufweisenden Behälter, der eine Längsachse aufweist und, in den die Flüssigkeit einbringbar ist, wobei in dem Behälter ein oder mehrere Elemente mit Durchbrüchen und/oder Kapillaren und/oder Poren angeordnet sind, durch welche die Flüssigkeit strömt und durch die an den Elementen auftretende Reibung erwärmt wird, wobei die Durchbrüchen und/oder Kapillaren und/oder Poren nicht direkt zur Behälterwandung weisen.These The object is achieved with the features of the first claim. Advantageous embodiments emerge from the subclaims. contraption for heating liquids with a having circumferentially closed container wall Container having a longitudinal axis and, in the liquid is introduced, wherein in the container one or more elements with apertures and / or capillaries and / or pores are arranged through which the liquid flows and heated by the friction occurring on the elements is, wherein the openings and / or capillaries and / or Do not point pores directly to the container wall.
Die Elemente sind bevorzugt in Form von Lochscheiben ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich ein oder mehrere Elemente durch ein 3D-Druckverfahren, d. h. durch Rapid-Prototyping zu fertigen. Das/die Element/e weisen in diesem Fall bevorzugt eine geschlossene Wandung und Durchströmöffnungen in der Art von Kapillaren und/oder miteinander in Verbindung stehenden Poren und/oder auch von Kanälen auf.The Elements are preferably designed in the form of perforated disks. It However, it is also possible to use one or more elements a 3D printing process, d. H. to produce by rapid prototyping. Any / Element (s) preferably have a closed wall in this case and flow openings in the manner of capillaries and / or interconnecting pores and / or also of channels.
Es sind insbesondere zwei Bauformen der Vorrichtung möglich.It In particular, two types of device are possible.
Einerseits können rotierende scheibenartige Elemente/Lochscheiben in der Flüssigkeit rotieren und diese dadurch erwärmen.On the one hand can be rotating disc-like elements / perforated discs rotate in the liquid and heat it.
Andererseits kann die Flüssigkeit mit Druck durch wenigstens ein feststehendes Element und/oder wenigstens eine Lochscheibe strömen und dadurch erwärmt werden.on the other hand The liquid may be pressurized by at least one fixed one Element and / or at least a perforated disc flow and thereby to be heated.
Im erstgenannten Fall ist wenigstens ein erstes rotierendes gelochtes flügelartiges Element, insbesondere ein Lochblech oder eine Lochscheibe (nachfolgend immer Lochscheibe genannt), an einer durch einen Antrieb drehbaren Welle angeordnet und reicht von der Welle radial nach außen in Richtung zur Behälterwandung.in the the former case is at least a first rotating punched hole wing-like element, in particular a perforated plate or a perforated disc (hereinafter always called perforated disc), at one through arranged a drive rotatable shaft and extends from the shaft radially outward towards the container wall.
Dabei erstreckt sich die drehbaren Lochscheiben im Wesentlichen in Richtung zur Längsachse des Behältnisses. Zur Verstärkung des Erwärmungseffektes werden an der Seitenwand des Behälters ein oder mehrere gestellfeste Lochelemente in Form von Lochblechen oder Lochscheiben angeordnet sein, die an der Seitenwandung übereinander und/oder umfangsseitig angeordnet sind.there the rotatable perforated discs extends substantially in the direction to the longitudinal axis of the container. For reinforcement the heating effect are on the side wall of the container one or more frame-fixed hole elements in the form of perforated plates or perforated discs arranged on the side wall one above the other and / or are arranged circumferentially.
Die rotierenden Lochscheiben können innerhalb der gestellfesten Lochelemente rotieren oder mit diesen Kämmen. Im letztgenannten Fall sind entlang der Längsache abwechselnd ein oder mehrere gestellfeste Lochelemente und ein oder mehrere rotierende Lochscheiben angeordnet.The rotating perforated discs can rotate within the frame-fixed hole elements or with these combs. In the latter case, one or more frame-fixed hole elements and one or more rotating perforated disks are arranged alternately along the longitudinal axis.
Es ist möglich, an der Welle eine Vielzahl von diesen rotierenden Lochscheiben übereinander und/oder umfangsseitig zu befestigen, wobei die rotierenden Lochscheiben auch zueinander in einem Winkel versetzt an der Welle angeordnet sein können.It is possible to rotate a variety of these at the shaft Fix perforated disks one above the other and / or peripherally, wherein the rotating perforated discs also at an angle to each other can be arranged offset on the shaft.
Weiterhin können auch mehrere rotierende Lochscheiben in einer ersten Reihe übereinander und mehrere rotierende Lochscheiben in wenigstens einer zweiten Reihe übereinander an der Welle angeordnet sein.Farther can also have several rotating perforated discs in a first Row one above the other and several rotating perforated discs in at least a second row one above the other on the shaft be arranged.
Vorzugsweise reichen die rotierenden Lochscheiben bis nahe an die Behälterwand. Der bevorzugt zylinderförmig ausgebildete Behälter ist beidseitig durch ein erstes und ein zweites Verschlusselement geschlossen, wobei durch das erste Verschlusselement die Welle reicht und die Welle am ersten und zweiten Verschlusselement gelagert ist. Durch die im flüssigen Medium rotierenden Lochscheiben erfolgt praktisch ein Warmschlagen der Flüssigkeit. Bevorzugt wird dabei als Flüssigkeit Wasser eingesetzt, welches durch Wasserwarmschlagen mittels der rotierenden Lochscheiben und mittels der gestellfesten Lochelemente erwärmt wird.Preferably the rotating perforated discs extend close to the container wall. The preferably cylindrical-shaped container is on both sides by a first and a second closure element closed, wherein the shaft extends through the first closure element and the shaft is supported on the first and second closure members. Through the perforated discs rotating in the liquid medium practically a warm beating of the liquid. It is preferred thereby used as a liquid water, which through Wasserwarmschlagen by means of the rotating perforated discs and means the frame-fixed hole elements is heated.
Bei der zweiten Variante der Erfindung ist wenigstens ein feststehendes Element/Lochscheibe entlang der Längsachse A des Behälters angeordnet, durch welches die Flüssigkeit unter Druck gepresst wird, so dass die Flüssigkeit durch die Reibung mit der Wandung der Durchbrüche und/oder Kapillare und/oder Poren, durch welche diese strömt, erwärmt wird.at The second variant of the invention is at least one fixed Element / perforated disc along the longitudinal axis A of the container arranged, through which the liquid is pressed under pressure, so that the fluid through the friction with the wall the apertures and / or capillary and / or pores, by which this flows, is heated.
Es ist möglich, die Durchbrüche hintereinander angeordneter feststehender Elemente/Lochscheiben zueinander versetzt anzuordnen, wobei mehrere oder alle feststehenden Elemente/Lochscheiben bevorzugt im Wesentlichen baugleich ausgeführt sind.It is possible, the openings arranged one behind the other fixed elements / perforated discs to arrange mutually offset, wherein several or all fixed elements / perforated disks preferred are executed substantially identical.
Die hintereinander angeordneten Elemente/Lochscheiben können weiterhin um einen Winkel α zueinander versetzt angeordnet sein, so dass noch ein Durchströmen der Flüssigkeit durch die Durchbrüche/Kapillare/Poren gewährleistet ist, aber eine hohe Reibung auftritt.The arranged one behind the other elements / perforated discs can further arranged offset by an angle α to each other be, so that still a flow through the liquid ensured by the breakthroughs / capillary / pores is, but high friction occurs.
Bevorzugt sind mehrere Lochscheiben zueinander versetzt in einem Winkel α und eine oder mehrere sich anschließenden Lochscheiben in einem Winkel α angeordnet. Der Winkel α liegt in Abhängigkeit von der Dimensionierung der Lochscheiben und der Größe und Anordnung der Durchbrüche bevorzugt zwischen 1° und 10°, insbesondere zwischen 3° und 6°.Prefers are several perforated discs offset from each other at an angle α and one or more adjoining perforated discs in one Angle α arranged. The angle α is dependent from the dimensioning of the perforated discs and the size and arrangement of the apertures preferably between 1 ° and 10 °, in particular between 3 ° and 6 °.
Jede Lochscheibe weist vorteilhafter Weise Durchbrüche in Form einer Vielzahl von Bohrungen auf und ist dadurch einfach herstellbar.each Perforated disk advantageously has breakthroughs in shape a variety of holes and is therefore easy to produce.
Die Bohrungen weisen in Abhängigkeit von der Abmessung der Lochscheibe insbesondere einen Durchmesser von 0,1 mm bis 50 mm auf.The Depending on the size of the holes Perforated disk in particular a diameter of 0.1 mm to 50 mm on.
Die Lochscheiben besitzen z. B. eine Dicke von 0,2 bis 50 mm.The Perforated disks have z. B. a thickness of 0.2 to 50 mm.
Zur Gewährleistung einer hohen Reibung ist der Übergang von der Innenkontur eines Durchbruchs zur Oberseite und/oder Unterseite der Lochscheibe scharfkantig ausgebildet.to Ensuring high friction is the transition from the inner contour of a breakthrough to the top and / or bottom the perforated disc is sharp-edged.
Weiterhin kann zur Verstärkung dieses Effektes die Wandung des Durchbruchs im Wesentlichen konkav gekrümmt sein. Bei einem Verschleiß der Kante ist bei dieser dann immer noch eine hohe Reibung gegeben.Farther can reinforce this effect the wall of the breakthrough be substantially concave curved. At a wear of the edge If this is still a high friction then given.
Bevorzugt besteht/bestehen das/die Elemente/die Lochscheibe/n aus einem hochfesten Werkstoff, insbesondere aus einem hochfesten Stahl, Keramik oder Glaskeramik oder einer Kombination der vorgenannten Werkstoffe.Prefers is / are the element (s) / perforated disc (s) made of a high strength material, in particular from a high-strength steel, ceramic or glass ceramic or a combination of the aforementioned materials.
Der Behälter weist eine Zuführöffnung und eine Ableitöffnung für die Flüssigkeit auf, wobei bevorzugt die Zuführöffnung durch das erste Verschlusselement und die Ableitöffnung durch das zweite Verschlusselement des Behälters reicht.Of the Container has a feed opening and a Discharge opening for the liquid, wherein preferably the feed opening through the first Closure element and the discharge opening through the second Closing element of the container is sufficient.
Wird das Element durch Rapid Prototyping bzw. Rapid Manufacturing gefertigt, ist es möglich, das sich dieser durch den Behälter erstreckt und dessen Außenwandung flüssigkeitsdicht gefertigt ist, wobei im Inneren Durchströmöffnungen in der Art von Kapillaren oder Poren ausgebildet sind, die eine hohe Reibung zur Wandung gewährleisten, wodurch sich die Flüssigkeit bei einer entsprechenden Durchströmgeschwindigkeit erwärmt.Becomes the element is manufactured by rapid prototyping or rapid manufacturing, It is possible that this through the container extends and the outer wall is liquid-tight is manufactured, wherein in the interior flow openings are formed in the manner of capillaries or pores that have a ensure high friction to the wall, causing the Liquid at a corresponding flow rate heated.
Das Element kann z. B. durch Stereolithografie, selektives Lasersintern, Lasergenerieren, Laminated Object Modelling, hergestellt werden.The Element can z. By stereolithography, selective laser sintering, Laser generation, Laminated Object Modeling, are produced.
Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt in der einfachen Ausbildung der Vorrichtung durch die Verwendung eines Elementes, welches insbesondere eine Vielzahl von Durchströmöffnungen und/oder Kapillaren und/oder Poren aufweist und entweder durch Rapid Prototyping bzw. Rapid Manufacturing hergestellt ist oder insbesondere einer Vielzahl gleichartiger Lochscheiben, durch welche das Wasser mechanisch erwärmt wird. Das Erwärmen des Fluids kann dabei bis zur Dampfphase erfolgen.The essential advantage of the solution according to the invention lies in the simple design of the device by the use of an element, which in particular has a plurality of flow openings and / or capillaries and / or pores and is produced either by rapid prototyping or rapid manufacturing or in particular a plurality of similar Perforated discs, through which the water is heated mechanically. The heating of the fluid can take place until the vapor phase.
Insbesondere die Ausführung mehrerer hintereinander angeordneter feststehender Lochscheiben oder eines feststehenden durch Rapid Prototyping bzw. Rapid Manufacturing hergestellten Elementes, durch welches das Fluid hindurchgepresst wird, stellt eine einfache und effiziente Vorrichtung zum Erwärmen der Flüssigkeit zur Verfügung, da hierbei keine rotierenden (beweglichen) Teile erforderlich sind. Diese Variante, bei welcher die Flüssigkeit durch ein oder mehrere feststehende Elemente die Durchbrüche mit Kanten bzw. Reibflächen aufweisen, unter Druck gepresst wird dient somit zum Warmpressen der Flüssigkeit.Especially the execution of several successively arranged fixed Perforated discs or a fixed by rapid prototyping or Rapid manufacturing manufactured element, through which the fluid is a simple and efficient device for Heating the liquid available, since no rotating (moving) parts are required. This variant, in which the liquid by a or several fixed elements the breakthroughs with edges or friction surfaces, pressed under pressure is used thus for hot pressing the liquid.
Mit dieser Lösung kann z. B. ein Wasserwarmpressen schnell und effizient erfolgen.With This solution can, for. As a water warming fast and done efficiently.
Sowohl bei Warmschlagen als auch beim Warmpressen kann die erwärmte Flüssigkeit einem Wärmespeicher zugeführt und für Heizzwecke oder z. B. zum Bereitstellen von warmem Wasser für unterschiedlichste Anwendungsgebiete verwendet werden.Either when warming as well as during hot pressing, the heated Liquid supplied to a heat storage and for heating purposes or z. B. for providing warm Water used for a wide variety of applications become.
Es ist ebenfalls möglich, den Behälter, in dem das Warmschlagen oder Warmpressen der Flüssigkeit erfolgt, aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit zu fertigen und mit einem Wärmetauscher zu koppeln.It is also possible, the container in which the Warming or hot pressing of the liquid, made of a material with high thermal conductivity to manufacture and to couple with a heat exchanger.
Insbesondere bei Warmschlagen (Wasserwarmschlagen) kann der Flüssigkeitspegel in dem Behälter im Wesentlichen konstant sein und die Flüssigkeit durch die Rotation der Lochscheiben z. B. in einem gewünschten Temperaturbereich gehalten werden. Am Behälter wird dann ein Wärmetauscher angeordnet und die damit zur Verfügung gestellte Wärme für das gewünschte Anwendungsgebiet (z. B. einer Zentralheizungsanlage Erwärmen von Wasser für Sanitärzwecke usw.) zur Verfügung gestellt werden.Especially with warm beating (warm water beating) the liquid level can be substantially constant in the container and the liquid by the rotation of the perforated discs z. B. in a desired Temperature range are kept. At the container then becomes arranged a heat exchanger and thus available Asked heat for the desired area of application (eg a central heating system heating water for Sanitary purposes, etc.).
Das Warmpressen kann auch im Umlaufprinzip mit einer im Wesentlichen konstanten Flüssigkeitsmenge erfolgen. In diesem Fall ist zwischen einem ablaufseitigen zweiten Druckmittelanschluss des Behälters und einem zulaufseitigen ersten Druckmittelanschluss des Behälters eine Pumpe angeordnet. Die Flüssigkeit kann nach Bedarf z. B. durch Veränderung des Pumpendruckes auf einen gewünschten Temperaturbereich erwärmt werden. Die am Umfang des Behälters auftretende Temperatur kann ebenfalls von einem Wärmetauscher abgenommen werden.The Hot pressing can also be done in circulation with a substantially constant amount of liquid done. In this case is between a drain-side second pressure medium connection of the container and an inlet-side first pressure medium connection of the container arranged a pump. The liquid can be as needed z. B. by changing the pump pressure to a desired temperature range to be heated. The occurring at the periphery of the container Temperature can also be decreased by a heat exchanger become.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to embodiments and associated drawings explained in more detail. Show it:
In
Gem.
Der
Längsschnitt einer Vorrichtung mit an der Welle
Der
Längsschnitt einer Vorrichtung mit an einer Welle angeordneten
rotierenden Lochscheiben
Eine
andere Gattung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Warmpressen einer Flüssigkeit (z. B. Wasser) ist in
Hier
werden keine rotierenden Lochscheiben eingesetzt, sondern feststehende
Lochscheiben
Die
Seitenansicht einer Vorrichtung, bei welcher eine Vielzahl von feststehenden
Lochscheiben
Alle
feststehenden Lochscheiben
Die
Seitenansicht einer feststehenden Lochscheibe
Anstelle
der Verwendung einer Vielzahl von feststehenden Lochscheiben
Die beiden Druckmittelanschlüsse können über eine Pumpe miteinander verbunden sein, so dass die Flüssigkeit im Umlaufprinzip erwärmt wird.The Both pressure medium connections can over a pump connected to each other, so that the liquid is heated in the circulation principle.
In
Gemäß
In allen vorgenannten Ausführungsvarianten ist es möglich, Die an der Außenwand des Behälters bzw. des Gehäuses auftretende Wärme über einen Wärmetauscher (nicht dargestellt) abzunehmen und dem jeweiligen Verwendungszweck zuzuführen.In all of the aforementioned embodiments, it is possible The on the outer wall of the container or the housing occurring heat through a heat exchanger (not shown) and the respective purpose supply.
Neben den dargestellten Ausführungsbeispielen sind vielfältige weitere Ausführungsvarianten möglich.Next The illustrated embodiments are varied further variants possible.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- - EP 0610914 B1 [0004] - EP 0610914 B1 [0004]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20140603 |