DE102019002532A1

DE102019002532A1 - Elektrische wärmestrahlenpumpe

Info

Publication number: DE102019002532A1
Application number: DE102019002532.6A
Authority: DE
Inventors: Al Bernstein; Jenny Roeger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-04-05
Filing date: 2019-04-05
Publication date: 2020-10-08

Abstract

Der Erfindung betrifft eine neuartige elektrische Wärmestrahlenpumpe (10, 11), ohne bewegliche Teile und ohne Lärmentwicklung, mit allen Vorteilen eines hohen Wirkungsgrads, die in Produkten die elektrische Wärme erzeugen, einfach und ahnlich wie Widerstandswärme zu integrieren ist. Unabhängig von Verbraucherverhalten und Aussentemperaturen liefert die elektrische Wärmestrahlenpumpe dank dem Effekt von schwarzen Strahlern einen erhöhten Wirkungsgrad und kann, integriert in Haushaltsgeräten einen erheblichen Beitrag zum Klimaschutz leisten.

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierbare elektrische Wärmestrahlenpumpe ohne bewegliche Teile für Produkte und Bauteile die Warme erzeugen unter Verwendung eines Strahlkörperelements gemäß EP 12761704.1 und US Patent US 9,936,538 B2 des Anmelders. Leicht im Produktdesign integrierbar, können hocheffiziente Anwendungen, Bauteile und Geräte für Haushalt, Gewerbe und Industrie, die Wärme erzeugen, ohne Gerauschentwicklung, mit hohem Wirkungsgrad und Umweltschutzfaktor, unabhängig von Aussentemperaturen und Verbraucherverhalten gebaut werden.
Stand der Technik
Luft-, Sole-Wasser-, Erdwärmepumpen nützen thermische Energie aus der Umwelt und funktionieren mit dem aufwendigen Carnot Prozess und ausschließlich mit beweglichen Teilen, Antrieben und Lärmentwicklung nicht unter 60db. Als Energiequelle dient hauptsachlich elektrischer Strom. Die Effizienz und Energieeinsparung von Wärmepumpen hängt größtenteils vom Verbraucherverhalten ab, bei elektrischen Luft-Wärmepumpen zusätzlich von den Aussentemperaturen Die Verwendung einer Wärmepumpe in Anwendungen und Produkten für Haushalte, Gastronomie und Gewerbe sind begrenzt, Anwendungen mit Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius sind mit Wärmepumpen nach dem Stand der Technik, schon aufgrund des Platzmangels und der relativ hohen Geräuschentwicklung schwer möglich.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue elektrische Wärmestrahlenpumpe ohne bewegliche Teile und ohne Lärmentwicklung, mit allen Vorteilen eines hohen Wirkungsgrads zu schaffen, die in Produkten die elektrische Wärme erzeugen, einfach und ähnlich wie Widerstandswärme zu integrieren ist. Unabhängig von Verbraucherverhalten und Aussentemperaturen liefert die elektrische Wärmestrahlenpumpe einen erhöhten Wirkungsgrad und kann damit einen erheblichen Beitrag zum Klimaschutz leisten. Dies erreicht die Erfindung durch einen sehr einfachen Aufbau einer elektrischen Wärmestrahlenpumpe durch die Weiterentwicklung und Anwendung eines Strahlkörperelementes gemäß EP 12761704.1 und US 9,936,538 B2 des Anmelders.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst.
Danach ist eine elektrische Wärmestrahlenpumpe ohne bewegliche Teile dadurch gekennzeichnet, dass in einem röhrenförmigen Diffusor ein Prozess stattfindet der die innere Energie des abgeschlossenen Systems erhöht Eine elektrische Warmestrahlenpumpe besteht aus zwei Systemen, dem Joule-Effekt in Form von Widerstandsegmenten als erstes System und dem Effekt der schwarzen Strahler gemäß Strahlkörperelement EP 12761704.1 und US 9,936,538 B2 als zweites System. Der Joule-Effekt, wandelt die elektrische Energie 1:1 in Wärmeenergie um, der Effekt der schwarzen Strahler, erhöht die innere Energie des Systems, die als Wärmestrahlung in den zylindrischen Hohlraum, des Diffusors, abgegeben wird, der zugleich einen, das System umgebenden, weiteren schwarzen Strahler bildet. Die erhöhte innere Energie des abgeschlossenen Systems ist mit dem ersten Hauptsatz der Wärmelehre vereinbar.
Erfindungsgemäß können integrierbare elektrische Wärmestrahlenpumpen in jeglicher Form, Abmessung, Materialbeschaffenheit, und Leistung, vorzugsweise aus Metall gebildet sein, und jeglichem Produktdesign angepasst, seriell und/oder parallel elektrisch verbunden werden.
Figurenliste
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen elektrischen Wärmestrahlenpumpe ohne bewegliche Teile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von der Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Ruckbeziehung.
Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen naher erläutert, es zeigt

1 ein Diagramm, Vergleich/Wirkungsgrad, Warmeübertragungsflächen
2 ein Diagramm, Vergleich Temperaturentwicklungen
3 ein Diagramm, Vergleich Wirkungsgrade
4 schematische Darstellung einer elektrischen Wärmestrahlenpumpe im Schnitt
5 eine elektrische Warmestrahlenpumpe als Flächen-/Fussbodenheizung

1, 2, und 3, zeigen in Diagrammen dem Fachmann die Temperaturentwicklungen und Wirkungsgrade einer Warmestrahlenpumpe (10), mit einer Leistungsaufnahme von 52,21 Watt DC, im Vergleich zum Joule-Effekt mit einer Leistungsaufnahme von 53,04 Watt DC als Referenz. Wie im Diagramm (101) 1, ersichtlich, ist die Lange der Wärmeübertragungsflächen des röhrenförmigen Diffusors (1), (4), der Wärmestrahlenpumpe unter Verwendung eines Konstantandrahtes (2), mit 0,8 mm Durchmesser und 72 mm Länge, aufgeteilt in 18 Segmenten zu je 4 mm Länge, verbunden mit 17 schwarzen Strahlern (3), Lange 20 mm, ∅ 2,9 mm mit einer Gesamtlänge von 412 mm, um das 5,7-fache länger als die Referenzmessung nach dem Joule-Effekt, ebenfalls mit 72 mm Konstantandraht (2) mit 0,8 mm Durchmesser, ohne schwarze Strahler.
2, zeigt das Diagramm mit den Temperatur-Messwerten T, und TΔ, der Wärmestrahlenpumpe (10), im Vergleich zu den Temperatur-Messwerten T, und TΔ, des Joule-Effekts in einem isolierten Heizraum mit konstanter Labortemperatur von Tu = 23,4 °C von 3 Messpunkten, wobei Messpunkt 1, mittig über dem Heizbereich über einem Blechschirm, Messpunkt 2, außerhalb der Mitte am Blechschirm, und Messpunkt 3, mittig am Boden des Heizbereichs liegt.
3, zeigt im Diagramm die Wirkungsgrade der Wärmestrahlenpumpe (10), mit einer Leistungsaufnahme von 52,21 Watt DC im Vergleich zum Joule-Effekt mit einer Leistungsaufnahme von 53,04 Watt DC, berechnet aus den Delta Temperaturen (T_Δ = T₍₁₂₃₎ - T_U)
4 zeigt die schematische Darstellung einer elektrischen Wärmestrahlenpumpe (10), definierter Abmessungen und definierter Leistung im Längsschnitt Die Anschlussleitungen (5, 6), der Stromleiter (5,) und der Neutralleiter (6), definierter Abmessungen, reichen über Aufnahmen (13), in den den Diffusor (1), und stellen die elektrische Verbindung zum Strahlkörperelement (12), EP 12761704.1 und US 9,936,538 B2 , her. Wahlweise, den erforderlichen Umständen entsprechend, wird der aus Metall gefertigte Diffusor (1), der die elektrische Wärmestrahlenpumpe (10) bildet, und in weiterer Ausführung im Hohlraum mit einer dielektrischen Beschichtung die hohen Temperaturen standhält beschichtet ist (nicht dargestellt), über die PEAnschlussleitung (7), mit der Erdung elektrisch verbunden Der Begriff elektrische Wärmestrahlenpumpe ohne bewegliche Teile beschreibt den Prozess, der im röhrenförmigen Diffusor (1), stattfindet Die elektrische Wärmestrahlenpumpe (10), besteht aus zwei Systemen, dem Joule-Effekt in Form von Widerstandsegmenten (2), als erstes System und dem Effekt der schwarzen Strahler (3), als zweites System gemäß Strahlkörperelement EP 12761704.1 und US 9,936,538 B2 , das im Diffusor (1) angeordnet ist Der Joule-Effekt, wandelt die elektrische Energie 1 1 in Wärmeenergie um, der Effekt der schwarzen Strahler (3), erhöht die innere Energie des Systems, die als Wärmestrahlung in den zylindrischen Hohlraum (4), des Diffusors (1), abgegeben wird, der zugleich einen, das System umgebenden, weiteren schwarzen Strahler bildet Die vom Strahlkörperelement (12) in den zylindrischen Hohlraum (4), des Diffusors (1), „gepumpte“ Wärmestrahlung, unterstützt durch vielfache Reflektion der hohen Umgebungstemperatur die Wärmeleistung des Strahlkorperelements (12), wodurch die innere Energie des Systems optimal erhöht wird Die erhöhte innere Energie des abgeschlossenen Systems ist mit dem ersten Hauptsatz der Wärmelehre vereinbar.
5, zeigt eine elektrische Wärmestrahlenpumpe (10), ohne bewegliche Teile in Form einer elektrischen Flächen-, Fußbodenheizung (14). Die elektrische Wärmestrahlenpumpe (10), besteht aus einer definierten Anzahl von Diffusor-Segmenten (11), vorzugsweise aus Kupfer, Aluminium oder Stahl, definierter Abmessungen und definierter Leistung, die über die Anschlussleitungen (5,6), über die Aufnahmen (13), in Serie elektrisch verbunden sind, in weiterer Ausführung parallel verbunden sind. Die Diffusor-Segmente (11), sind mit der Erdung (7), verbunden. Die Anschlussleitungen (5,6), definierter Abmessungen sind vorzugsweise mit einer Kupfergewebeabschirmung (nicht dargestellt), ausgestattet, die mit der Erdung (7), elektrisch verbunden ist und elektromagnetische Strahlung und EMV Störungen eliminiert, und über Schrumpfschlauch-Isolationen (8) aus beiden Enden der Diffusor-Segmente (11), nach aussen führen.
Die Diffusor-Segmente (11), werden vorzugsweise auf einem Glasfaser-Armierungsgitter definierter Abmessungen, in bestimmten Abständen, entsprechend ihrer Manteloberflächentemperatur und der definierten Wärmeleistung/m², für eine einfache Verlegung angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Diffusor
2: Widerstandsegmente - Joule-Effekt
3: Schwarze Strahler - Effekt der schwarzen Strahler
4: zylindrischer Hohlraum des Diffusors
5: Stromleiter
6: Neutralleiter
7: PE- Erdung
8: Schrumpfschlauch-Isolation
10: elektrische Wärmestrahlenpumpe
11: Diffusor-Segmente
12: Strahlkörperelement
13: Aufnahmen
14: Warmestrahlenpumpen-Flächen-, Fußbodenheizung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 12761704 [0001, 0003, 0005, 0012]
US 9936538 B2 [0001, 0003, 0005, 0012]

Claims

Elektrische Wärmestrahlenpumpe (10), ohne bewegliche Teile, bestehend aus mindestens einem Strahlkorperelement (12), gemäß EP 12761704.1 und US 9,936,538 B2, das in einem Diffusor (1), der die Wärmestrahlenpumpe bildet, angeordnet ist, die einfach den räumlichen Anwendungsgegebenheiten von Produkten angepasst, integriert und für jegliche Größe und Leistung, ein- und 3-phasig ausgelegt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass in einem röhrenförmigen Diffusor (1), ein Prozess stattfindet der die innere Energie des abgeschlossenen Systems erhöht, wobei mindestens ein Strahlkörperelement (12), gemäß EP 12761704.1 und US 9,936,538 B2, definierter Abmessungen und definierter Leistung in einem röhrenförmigen Diffusor (1), in weiterer Ausführung in einer definierten Anzahl von Diffusor-Segmenten (11), definierter Abmessungen, so angeordnet ist, dass neben der Warme der Widerstandsegmente (2), als erstes System, zusätzliche, vom Strahlkörperelement (12), in den abgeschlossenen zylindrischen Hohlraum (4), des Diffusors (1), „gepumpte“ Wärmestrahlung als zweites System, durch vielfache Reflektion, die Wärmeleistung des Strahlkörperelements (12), unterstützt, wodurch der Diffuser (1), selbst als schwarzer Strahler die Warmestrahlenpumpe bildet
Elektrische Wärmestrahlenpumpe (10), bestehend aus mindestens einem Strahlkörperelement (12), das in einem Diffusor (1), der die Wärmestrahlenpumpe (10), bildet, angeordnet ist, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (1), in jeglicher Form, definierter Abmessungen, einen zylindrischen Hohlraum (4), definierter Abmessungen jeglicher Form, vorzugsweise in runder Form aufweist oder ausgebildet hat, und aus jeglichem Material, vorzugsweise Metall, Stahl, auch Gusseisen, welches geeignet ist die definierte Höchsttemperatur aufzunehmen und standzuhalten, ausgebildet ist, in weiterer Ausfuhrung der Hohlraum mit einer dielektrischen Beschichtung versehen ist, die hohen Temperaturen stand halt und aus jeglicher chemischen Zusammensetzung bestehen kann
Elektrische Wärmestrahlenpumpe (10), bestehend aus mindestens einem Strahlkörperelement (12), das in einem Diffusor (1), der die Wärmestrahlenpumpe (10), bildet, angeordnet ist, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Aufnahmen (13), an beiden Enden des Diffusors (1), der die elektrischen Wärmestrahlenpumpe (10), bildet, die Anschlussleitungen und/oder Anschlüsse (5), und (6), des Strahlkorperelements (12), luftdicht nach aussen geführt werden, und die Erdung (7), direkt an den metallischen Diffusor (1), der elektrischen Wärmestrahlenpumpe (10), elektrisch leitend befestigt, angeschraubt, angelötet, geschweisst, geklemmt oder gekrimpt wird, in weiterer Ausführung die Anschlussleitungen und/oder Anschlüsse (5,6), nur an einem Ende der elektrischen Warmestrahlenpumpe (10), durch eine Aufnahme (13), luftdicht nach aussen geführt werden.
Elektrische Warmestrahlenpumpe (10), bestehend aus mindestens einem Strahlkörperelement (12), das in einem Diffusor (1), der die Wärmestrahlenpumpe (10), bildet, angeordnet ist, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Aufnahmen (13), nach aussen geführten Anschlussleitungen (5,6), an beiden Enden des Diffusors (1), in weiterer Ausführung den Diffusor-Segmenten (11), der/die die elektrische Warmestrahlenpumpe (10) bildet, zusammen mit der Erdung (7), durch einem Schrumpfschlauch elektrisch isolierend nach aussen geleitet werden.
Elektrische Wärmestrahlenpumpe (10), bestehend aus mindestens einem Strahlkörperelement (12), das in einem Diffusor (1), der die Wärmestrahlenpumpe (10), bildet, angeordnet ist, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine definierte Anzahl von Wärmestrahlenpumpen (10), in Form von Diffuser-Segmenten (11), definierter Abmessungen und definierter Leistung, in Reihe und/oder parallel über die Anschlüsse (5,6) und Erdung (7), elektrisch verbunden und angeschlossen werden.