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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen eines Fluids. Das Fluid ist beispielsweise eine Flüssigkeit wie Brauchwasser oder ein Gas, z. B. Luft.
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Im Stand der Technik ist es bekannt, thermische Energie aus elektrischem Strom oder aus der Verbrennung von beispielsweise Propan, Butan oder in den gasförmigen Zustand überführten Dieselkraftstoff zu gewinnen und über einen Wärmetauscher auf eine Flüssigkeit, z. B. Brauchwasser zu übertragen. Es ist auch bekannt, dass solche Vorrichtungen ergänzend als Luftheizungen dienen, die somit Luft erhitzen.
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Wird das jeweilige Fluid in einen Behälter eingebracht, um z. B. bei Flüssigkeiten in der Art eines Boilers zu funktionieren, so ist eine Schichtung des Fluids zu beachten. Die Schichten beziehen sich dabei auf die unterschiedlich warmen Bestandteile des Fluids und dessen daraus resultierender unterschiedlicher Dichte in dem Behälter. Wird beispielsweise eine warme Flüssigkeit von oben in einen Behälter eingeleitet, die eine Geschwindigkeitskomponente nach unten aufweist, so werden in der Regel mehrere Schichten vermischt. Dies ist auch relevant für die Entnahme aus dem Behälter: So kann z. B. bei einer Entnahme an einer oberen Stelle des Behälters eine warme Schicht nicht vollständig entnommen werden. Zudem strömt z.B. bei einer Entnahme am oberen Ende des Behälters an einer anderen Stelle kalte Flüssigkeit nach (z. B. von einem Anschluss am unteren Ende des Behälters). Hat diese nachströmende, kalte Flüssigkeit eine vertikale Komponente, wird die Schichtung auch dort gestört. Als Konsequenz kann am oberen Ende weniger Flüssigkeit mit hoher, sondern nur mit reduzierter Mischtemperatur entnommen werden.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zum Erwärmen eines Fluids vorzuschlagen, die sich durch eine möglichst optimale Schichtung des Fluids in einem Behälter auszeichnet.
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Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Erwärmen eines Fluids, mit einer Energieeinheit, einem Wärmeübertrager und einem Behälter, wobei die Energieeinheit thermische Energie erzeugt, wobei der Wärmeübertrager die von der Energieeinheit erzeugte thermische Energie auf das Fluid überträgt, wobei der Behälter das Fluid aufnimmt, wobei der Behälter eine Längsachse und mindestens eine Öffnung aufweist, wobei sich an die mindestens eine Öffnung ein flächiger Wandelgang anschließt, und wobei der Wandelgang das Fluid sowohl um die Längsachse herum als auch entlang der Längsachse führt.
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Der Behälter der erfindungsgemäßen Vorrichtung verfügt über mindestens eine Öffnung, die sich beispielsweise am Deckel und/oder am Boden des Behälters befindet. An die Öffnungen grenzt ein flächiger Wandelgang an. Der Wandelgang führt das Fluid sowohl um eine Längsachse des Behälters herum als auch entlang dieser Längsachse. Das Fluid erfährt somit in dem Wandelgang sowohl eine rotatorische Bewegung um die Längsachse als auch eine translatorische Bewegung entlang der Längsachse. Mit anderen Worten: Das Fluid wird in einer Drehbewegung entlang der Längsachse hinab oder hinauf geführt. Der Wandelgang ist flächig, sodass das Fluid also nicht in einem Rohr oder Schlauch oder einer anderen zylindrischen oder zylinderartigen Einheit geführt wird. Das Fluid strömt entlang einer Fläche oder einer - ggf. geneigten oder geformten - Ebene.
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Die Führung des Fluids in dem Wandelgang geht mit dem Vorteil einher, dass über diesen Bereich eine Vermischung von unterschiedlichen Temperaturschichten vermieden bzw. reduziert wird.
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In einer Ausgestaltung ist der Behälter in Verbindung mit einem Wandelgang oder mit zwei Wandelgängen derartig ausgestaltet, dass ein Temperaturgradient zwischen einem z. B. über eine obere Stirnseite des Behälters eingebrachten Fluids und dem Fluid an einer unteren Stirnseite des Behälters möglichst groß ist. Mit anderen Worten: Das Volumen bzw. die Höhe einer Schicht, in welcher das von oben eingebrachte Fluid mit dem von unten entnommene Fluid vermischt wird, ist möglichst klein.
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Dabei ist in einer Ausgestaltung der Wandelgang derartig ausgestaltet, dass die im Fluid erzeugte Vertikalkomponente deutlich kleiner als die Rotationskomponente ist.
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In einer Ausgestaltung ist der Wandelgang derartig ausgestaltet, dass das Fluid, wenn es über die Öffnung in den Behälter eintritt und den Wandelgang dabei verlässt, über keine oder nur eine vernachlässigbare Geschwindigkeit verfügt. In dieser Ausgestaltung wird das Fluid, das über den Wandelgang in den Behälter eintritt, solange geführt, bis seine Bewegungsenergie im Wesentlichen dissipiert ist. Diese Ausgestaltung hängt entsprechend davon ab, unter welchen Bedingungen das Fluid in den Behälter eingebracht wird, also z. B. mit welcher Pumpleistung oder ausgehend von welcher Höhe im Erdschwerefeld usw. Relevant ist somit beispielsweise die Einströmungsgeschwindigkeit und oder die Neigung, unter welcher das Fluid in den Behälter eintritt.
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Der Wandelgang erstreckt sich in einer Ausgestaltung nicht über die gesamte Höhe des Behälters, sondern endet vor einer Seite des Behälters, die der Öffnung gegenüberliegt.
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Eine Ausgestaltung besteht darin, dass der Behälter mindestens zwei Öffnungen aufweist, dass sich an den zwei Öffnungen jeweils ein Wandelgang anschließt, wobei sich ein Freiraum zwischen den zwei Wandelgängen befindet, und dass das Fluid in dem Freiraum frei von einer Führung in Bezug auf eine Bewegung des Fluids ist. In dieser Ausgestaltung sind zwei Öffnungen vorhanden, die sich z. B. am Deckel und am Boden des Behälters befinden. Beiden Öffnungen ist jeweils ein Wandelgang zugeordnet. In dem Innenraum des Behälters gibt es weiterhin einen Freiraum, in welchem das Fluid keine Führung hinsichtlich seiner Bewegung erfährt. Das Fluid kann somit frei strömen, wobei die Richtung der Strömung auch davon abhängt, wie das Fluid vor dem Eintritt in den Freiraum geleitet worden ist, sprich: welche Bewegungskomponenten es erhalten hat. In diesem Freiraum ist der Behälter wie ein normaler Behälter und insbesondere ohne eine besondere Innenstruktur ausgestaltet. Durch den Freiraum lässt sich der Behälter kostengünstig herstellen, da er nicht vollständig der Führung des Fluids dienen muss. Weiterhin kann somit auch ein in Bezug auf seine Erstreckung entlang der Längsachse veränderlicher Behälter verwendet werden. Zudem ist es möglich, dass sich in diesem Freiraum eine Mischtemperatur für das Fluid einstellt, indem sich unterschiedliche Temperaturschichten miteinander vermischen.
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Sind zwei Wandelgänge - am Deckel bzw. am Boden - vorhanden, so wird an den beiden Stirnseiten des Behälters das zu- sowie abgeführte Fluid primär in jeweils einem Wandelgang geführt. Dies reduziert die Wahrscheinlichkeit der Vermischung des einströmenden Fluids mit dem im Behälter befindlichen Fluid bzw. des ausströmenden Fluid mit aus den höher gelegenen Fluidschichten nachströmendem Fluid.
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Eine Ausgestaltung besteht darin, dass der Freiraum ein Teil eines Innenraums des Behälters mit glatten Innenwänden ist. Der Freiraum verfügt über keine besondere Ausprägung und ist hier von einer glatten Umwandung umschlossen.
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Eine ergänzende Ausgestaltung sieht vor, dass den zwei Wandelgängen eine gemeinsame Drehrichtung zugeordnet ist. Die Drehrichtung ist dabei die Richtung, in welcher das Fluid in dem jeweiligen Wandelgang um die Längsachse herumgeführt wird. Sind die Drehrichtungen gleich, so wird das Fluid jeweils rechts- oder links-herum um die Längsachse gedreht. Damit wird eine Verwirbelung der unterschiedlichen Schichten im Behälter vermieden.
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Die Form des Behälters ist in einer Ausgestaltung quaderförmig. In einer weiteren Ausgestaltung weist der Behälter eine geringere Erstreckung in der Höhe als in der Länge bzw. Breite auf. Bei einer solchen Form ist eine gute Schichtung besonders wichtig für die nutzbare Wärmekapazität.
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In einer Ausgestaltung ist der Wandelgang derartig dimensioniert, dass die Bewegungsenergie des Fluids im Wesentlichen vollständig der Rotation des Fluids um die Längsachse des Behälters dient. So wird beispielsweise das Fluid mindestens einmal vollständig um die Längsachse herumgeleitet.
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Eine Ausgestaltung besteht darin, dass der Wandelgang als Helikoid ausgestaltet ist. Ein Helikoid oder Wendelfläche ist eine einfach zusammenhängende Minimalfläche im dreidimensionalen euklidischen Raum.
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In einer Ausgestaltung ist das Helikoid derartig ausgeführt, dass es in dem unmittelbar unter der Öffnung befindlichen Bereich eine Abdeckung bewirkt und somit wie ein Prallblech wirkt. Vorzugsweise besteht eine Überdeckung, die einem Mehrfachen (z. B. dreifach) des Durchmessers der Öffnung entspricht. Das Fluid wird somit in vertikaler Richtung zunächst blockiert.
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In einer Variante wird das Fluid über einen zylindrischen Stutzen in den Behälter eingebracht. Dabei ist der Stutzen im Inneren so ausgeführt, dass er das Fluid seitlich verteilt und so auf den Wendelgang leitet. Hierfür verfügt der Abschnitt des Stutzens, der sich in dem Behälter befindet, beispielsweise über seitliche Öffnungen. In einer Ausgestaltung ist in dem Stutzen eine Art von Prallblech angeordnet, das das Fluid aus der Richtung der Längsachse des Stutzens seitlich ablenkt.
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In einer Ausgestaltung hat das Helikoid eine derartige Steigung, dass eine Querschnittsfläche des Bereichs, über welchen das Fluid das Helikoid in den Behälter hinein verlässt oder über welche das Fluid aus dem Behälter in den Wandelgang eintritt, einen gewünschten Impuls auf das Fluid erzeugt. In einer Ausgestaltung ist der Impuls möglichst gering, sodass das Fluid nach dem Verlassen des Wandelgangs im Wesentlichen beruhigt ist.
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In einer Ausgestaltung ist der Wandelgang als schiefe Ebene ausgeführt. Dabei sind in einer ergänzenden Ausgestaltung mehrere schiefe Ebenen vorhanden und relativ neben- und/oder hintereinander angeordnet. Das Fluid trifft somit auf die Ebene und wird über diese entlang der Längsachse geführt. Weiterhin ist die schiefe Ebene vorzugsweise so in dem Behälter geneigt, dass sich auch das Führen des Mediums um die Längsachse ergibt.
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Eine Ausgestaltung besteht darin, dass der Wandelgang mit mindestens einem Steg versehen ist, und dass sich der Steg zumindest teilweise ausgehend von der Längsachse nach außen erstreckt. in dieser Ausgestaltung befindet sich in dem Wandelgang ein Steg, der eine radiale Erstreckung aufweist.
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Der Steg geht in einer Ausgestaltung unmittelbar von der Längsachse aus und beginnt in einer alternativen Ausgestaltung in einem vorgegebenen radialen Abstand zu der Längsachse. Die radiale Erstreckung ist dabei in einer Ausgestaltung strahlförmig von der Längsachse. In einer alternativen Ausgestaltung verläuft der Steg an der Längsachse vorbei. Der Steg stellt somit entlang des Wandelgangs ein Hindernis für das Fluid dar. Durch die radiale Erstreckung muss das sich um die Längsachse drehende Fluid an dem Steg vorbeiströmen.
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Durch die Form des Wandelgangs wird das Fluid um die Längsachse herumgeführt. Durch den Steg wird verhindert, dass sich das Fluid radial nach innen in Richtung der Längsachse bewegt. Es wird also quasi ein strömungstechnischer Kurzschluss verhindert. Der Steg ist insbesondere so ausgestaltet und angeordnet, dass das Fluid, das auf den Steg trifft, radial nach außen gelenkt wird. Der Steg führt somit das Fluid entlang der Form und vorzugsweise der Spiralform des Wandelgangs. Hierdurch wird das Fluid länger entlang des Wandelgangs geführt, und es wird verhindert, dass das Fluid zu schnell den Wandelgang verlässt, was zu Verwirbelung führen würde.
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In einer Ausgestaltung ist der Steg derartig ausgeführt und angeordnet, dass er sich zumindest teilweise in dem Bereich befindet, an dem das Fluid über die Öffnung in den Wandelgang gelangt bzw. aus dem Wandelgang in die Öffnung geführt wird. Somit befindet sich der Steg vorzugsweise direkt unterhalb der Öffnung oder seitlich angrenzend an deren Projektion .
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Gemäß einer Ausgestaltung ist der Wandelgang einer Seite des Behälters zugeordnet und überdeckt der Wandelgang eine Innenfläche der Seite im Wesentlichen vollständig. In dieser Ausgestaltung befindet sich der Wandelgang z. B. unterhalb des Deckels oder oberhalb des Bodens des Behälters. Der Wandelgang ist dabei so groß ausgeführt, dass er eine Innenfläche der ihm zugeordneten Seite vollständig überdeckt. Damit wird das Fluid entlang des flächigen Wandelgangs über die gesamte Fläche geführt, die die Seite überspannt. Der Wandelgang ist somit nicht kleiner als der Innenraum, der an die Seite angrenzt.
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In einer Ausgestaltung befindet sich mindestens eine Öffnung außerhalb einer Mitte derjenigen Seite, in welcher sich die Öffnung befindet. Die Öffnung befindet sich somit in dieser Ausgestaltung insbesondere nicht oberhalb eines Zentrums des zugehörigen Wandelgangs.
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In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass sich die Öffnung in einer Mitte der Seite befindet. Die Öffnung ist somit zentral in der Seite - also im Deckel oder im Boden - angeordnet. Dabei befindet sich die Öffnung vorzugsweise oberhalb eines Zentrums des zugehörigen Wandelgangs. Wird daher das Fluid über einen Stutzenabschnitt in den Behälter eingebracht, so ist der Abschnitt vorzugsweise stirnseitig verschlossen oder verfügt über eine Ablenkvorrichtung, z. B. in Form eines Prallblechs, um eine Bewegung des Fluids zur Seite zu ermöglichen und ein Strömen direkt entlang des - z. B. offenen - Zentrums des Wandelgangs zu verhindern.
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In einer Ausgestaltung geht mindestens ein Wandelgang von mindestens zwei Öffnungen aus. Es ist in dieser Ausgestaltung eine Seite des Behälters (z. B. der Deckel oder der Boden) mit mindestens zwei Öffnungen zum Einbringen und/oder Entnehmen des Fluids bestückt. Die mindestens zwei Öffnungen münden auf einen gemeinsamen Wandelgang.
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Alternativ geht ein Wandelgang nur von einer Öffnung aus.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass in dem Behälter ein Innenkörper angeordnet ist, und dass sich der Innenkörper entlang der Längsachse erstreckt. Der Innenkörper blockiert in dieser Ausgestaltung den Raum um die Längsachse herum und ist somit eine Art von Kern für den Behälter, in welchen das Fluid nicht eintreten kann.
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Eine ergänzende Ausgestaltung beinhaltet, dass der Innenkörper auf einer Außenseite eine Gewindestruktur aufweist. Diese Gewindestruktur ist vorzugsweise an den Verlauf des Wandelgangs bzw. der Wandelgänge angepasst.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist mindestens eine Öffnung mit einem Stutzen verbunden, wobei der Stutzen in den Behälter hineinragt, und wobei der Stutzen das Fluid im Wesentlichen entlang der Längsachse führt. Das Fluid wird somit in dem Stutzen nur entlang der Längsachse geführt und erfährt in dem zugeordneten Wandelgang die Umlenkung um die Längsachse herum, sodass möglichst wenig axiale Bewegungsenergie verbleibt. Der Stutzen mündet dabei nicht auf der Öffnung, sondern führt das Fluid über den hineinragenden Abschnitt in den Behälter hinein.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist ein in den Behälter hineinragender Abschnitt des Stutzens umfangsseitig geöffnet ausgeführt. Der Mantel des Stutzens verfügt in dieser Ausgestaltung über Öffnungen, so dass das Fluid seitlich und daher senkrecht zu einer Längsachse des Abschnitts austreten bzw. eindringen kann. Das Fluid wird somit in dem Stutzen zwar entlang der Längsachse des Behälters geführt, tritt jedoch seitlich aus bzw. ein. Der Abschnitt des Stutzens, der in den Behälter hineinragt, ist vorzugsweise kreiszylinderförmig ausgeführt.
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In einer Ausgestaltung ist der vorbezeichnete Abschnitt stirnseitig geschlossen. Daher gelangt das Fluid nur über den Mantel des Abschnitts aus dem Stutzen heraus bzw. in ihn herein. Alternativ oder ergänzend befindet sich in dem Abschnitt eine Ablenkvorrichtung, z.B. in der Form eines Prallblechs, für eine seitliche Ablenkung des Fluids.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist eine Seite des Behälters zumindest abschnittsweise gewölbt. Die Seite, der der Wandelgang zugeordnet ist und an deren Öffnung der Wandelgang entsprechend anschließt, verfügt in dieser Ausgestaltung über eine Gewölbeform. Dabei hat die Seite - also z. B. der Deckel oder der Boden des Behälters - vorzugsweise mittig die höchste Erstreckung nach außen, um in Richtung der umschließenden Begrenzungen hin abzufallen.
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Die Gewölbeform ist in einer Ausgestaltung in zwei Richtungen senkrecht zur Längsachse. Mit anderen Worten: Die Seite fällt in vier Richtungen ausgehend von ihrer Mitte ab.
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In Verbindung mit der Helikoid-Form des Wandelgangs ergibt sich bei der vorgenannten Ausgestaltung im Schnitt durch den Behälter ein Spiralmuster. Damit geht der Vorteil einher, dass der Querschnitt der Strömung sich mit Entfernung von der Öffnung vergrößert. Die Geschwindigkeit des Fluids nimmt also kontinuierlich ab. Befindet sich in dem Behälter ein warmes Fluid, so sorgt der Auftrieb dafür, dass das Fluid sich oben am Deckel anschmiegen kann. In einer Kombination aus Helikoid-Form und doppelt gewölbtem Deckel ergibt sich eine vorteilhafte Führung des Fluids vom Deckel nach unten, indem die zur Verlangsamung des Fluids zur Verfügung stehende Strecke verlängert wird. Dadurch werden ungewollte Wirbel, welche zu einer Mischung von unterschiedlichen Fluidschichten führen würden, vermieden.
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In einer alternativen Ausgestaltung ist die Seite des Behälters zumindest abschnittsweise in der Form einer Kugelkalotte realisiert.
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Eine Ausgestaltung besteht darin, dass das Fluid eine Flüssigkeit, z. B. Brauchwasser ist. Die einzelnen Komponenten und deren Verbindungen sind somit in dieser Ausgestaltung trinkwassergeeignet.
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In einer Ausgestaltung hat der Behälter eine gedrungene oder flache Form, insofern die Höhe des Behälters kleiner ist als zumindest eine Erstreckung - also die Breite oder Länge - senkrecht zur Längsachse.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Energieeinheit durch das Verbrennen eines Brennstoff-Luft-Gemischs und/oder durch die Umwandlung elektrischer Energie thermische Energie erzeugt. Die thermische Energie wird in dieser Ausgestaltung über das Verbrennen eines Brennstoffs, z. B. brennbares Gas oder in den gasförmigen Zustand überführter Dieselbrennstoff, oder über die Umwandlung von elektrischer Energie erzeugt.
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Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Vorrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung,
- 2 eine räumliche Darstellung eines Behälters gemäß einer ersten Ausführung,
- 3 eine räumliche Darstellung eines Behälters gemäß einer zweiten Ausführung,
- 4 eine räumliche Darstellung einer Behälterhälfte gemäßer einer dritten Ausführung,
- 5 eine räumliche Darstellung einer Behälterhälfte gemäßer einer vierten Ausführung,
- 6 eine angeschnittene Sicht in den Behälter der 5,
- 7 eine erste Sicht auf einen angeschnittenen Teil des Behälters der 5 und
- 8 eine zweite Sicht auf das Teil der 7.
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Die 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zum Erwärmen eines Fluids. In einer Variante erwärmt die Vorrichtung z. B. Wasser und Luft. Die thermische Energie für die Erwärmung wird von der Energieeinheit 1 durch das Verbrennen eines Brennstoff-Luft-Gemischs erzeugt und von dem Wärmeübertrager 2 auf das Fluid übertragen. Das erwärmte Fluid wird in dem gezeigten Beispiel in einen Behälter 3 eingebracht. Dieser verfügt für das Befüllen sowie die Entnahme über zwei Öffnungen 31 im Bereich des Deckels sowie des Bodens.
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Die 2 zeigt eine erste Ausgestaltung eines Behälters 3 mit zwei Öffnungen 31, die sich jeweils in der Nähe eines Rands der jeweiligen Stirnseite (insbesondere Deckel bzw. Boden) befinden und die hier in dem dargestellten Ausführungsbeispiel fluchtend übereinander angeordnet sind. An jede Öffnung 31 schließt sich auf der Außenseite ein Stutzen 35 an.
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In dem Innenraum 33 des Behälters 3, der in der hier dargestellten Ausführung kreiszylindrisch ausgestaltet ist, befinden sich zwei Wandelgänge 4 und ein Innenkörper 34. Der Innenkörper 34 erstreckt sich zylindrisch entlang der Längsachse 30 des Behälters 3. Die zwei Wandelgänge 4 schließen sich jeweils unmittelbar den Öffnungen 31 an. Entlang der Längsachse 30 befindet sich zwischen den zwei Wandelgängen 4 ein Freiraum 32. Der Freiraum 32 ist dabei insbesondere anders als die Wandelgänge 4 ausgestaltet und verfügt über keine besondere Ausformung. Hier ist insbesondere die Innenwandung des Behälters 3 glatt im Bereich des Freiraums 32.
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Die zwei Wandelgänge 4 sind jeweils als Helikoid ausgeführt.
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Tritt das Fluid beispielsweise über den oberen Stutzen 35 und die obere Öffnung 31 in den Behälter 3 ein, so hat es zunächst nur eine Bewegungskomponente entlang der Längsachse 30. Würde es daher unmittelbar in den Behälter 3 gelangen, so würde es durch unterschiedliche Fluidschichten treten und diese vermischen. Hier jedoch wird das Fluid in dem oberen Wandelgang 4 um die Längsachse 30 bzw. hier um den Innenkörper 34 herumgeführt und deutlich geringer entlang der Längsachse 30 geleitet. Tritt das Fluid über einen Endquerschnitt aus dem oberen Wandelgang 4 aus, so hat es weiterhin eine größere rotatorische Bewegungskomponente als entlang der Längsachse 30. Das Fluid dreht sich somit langsam in die vorhandene Fluidmenge ein.
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Wird über die untere Öffnung 31 das Fluid aus dem Behälter 3 abgeführt, so gelangt das Fluid ebenfalls mit einem Drall um die Längsachse 30 aus dem Behälter 3 heraus. Daher entstammt das entnommene Fluid im Wesentlichen nur einer - nämlich der unteren - Fluidschicht und hat daher eine weitgehend konstante Temperatur.
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In der Ausgestaltung der 3 befinden sich auf den beiden Stirnseiten des Behälters jeweils zwei Öffnungen 31 und zwei Stutzen 35. Die Öffnungen 31 liegen in dem dargestellten Ausführungsbeispiel wieder fluchtend übereinander und befinden sich in der Nähe des Rands des Behälters. In dem Innenraum 33 befinden sich zwei Wandelgänge 4, die hier als Helikoide ausgestaltet sind. Die Helikoide sind so angeordnet, dass sich primär eine Bewegung des Fluids um die Längsachse herum und deutlich geringer entlang der Längsachse ergibt.
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In der 4 ist eine Alternative zur Ausgestaltung der 3 dargestellt.
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Die Wandelgänge 4 sind hier als schiefen Ebenen ausgeführt, die sich jeweils unter bzw. oberhalb der vier Öffnungen 31 befinden. Dabei ist jeder Öffnung 31 eine schiefe Ebene zugeordnet. Die schiefen Ebenen verhindern wie die Helikoide der 3, dass Fluid aus den Öffnungen 31 ungebremst in mehrere Temperaturschichten gelangt bzw. dass das Fluid aus mehreren übereinander befindlichen Schichten in eine Öffnung 31 gelangt.
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Der Behälter 3 der 5 hat eine Quaderform. Dabei ist nur der obere Teil des Behälters 3 dargestellt. Der Behälter 3 hat dabei beispielsweise eine eher gedrungene Form, sodass die Höhe kleiner als die Erstreckung in die Länge bzw. Breite ist. Ein solcher Behälter 3 macht es wichtiger, dass eine Vermischung der Fluidschichten vermieden wird.
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Das Fluid wird hier über einen äußeren Stutzen 35 in Richtung der Längsachse 30 eingebracht und wird durch einen Abschnitt im Inneren des Behälters 3 geführt (dieser wird in Verbindung mit den folgenden Abbildungen beschrieben). Zu erkennen ist, wie die obere Seite 36 (also hier der Deckel) des Behälters 3 entlang von zwei Achsen gewölbt ist und somit jeweils in vier Richtungen zu der Berandung hin abfällt.
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In der hier durchscheinenden Darstellung ist der Wandelgang 4 zu erkennen, der sich als Fläche an die Öffnung 31 anschließt und eine Drehung um die Längsachse 30 herum sowie eine Bewegung entlang der Längsachse 30 vollzieht. Das Fluid wird somit über eine weite Ebene langsam geführt.
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In dem Wandelgang 4 sind zwei Stege 40 vorhanden, die sich jeweils von der Längsachse 30 radial nach außen erstrecken. Gelangt somit das Fluid über die Öffnung 31 in den Behälter 3, so ist durch den Steg 40 der Weg des Fluids mit kleineren Radien blockiert und das Fluid muss einen radial äußeren Weg nehmen. Damit ergibt sich für das Fluid ein längerer Pfad, sodass zum einen mehr Bewegungsenergie verloren gehen kann und zum anderen mehr Fluid entlang des Wandelgangs 4 geführt und damit mit konstanter Temperatur aufgenommen wird.
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Die 6 zeigt einen Schnitt durch den Stutzen 35 der Ausgestaltung der 5. Der innere Abschnitt des Stutzens 35 im Behälter 3 verfügt dabei über eine Ablenkvorrichtung in Form eines Prallblechs sowie über seitliche Öffnungen. Wird somit das Fluid entlang der Längsachse eingebracht, so wird es über die Öffnungen seitlich verteilt. Hier zeichnerisch links ist ein Teil des Heliokoids zu sehen, welches sich durch die Drehung in eine nächst tiefere Ebene hineinbewegt. Dies ist rechts zu erkennen.
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Die Abbildungen 7 und 8 zeigen den gleichen Abschnitt des angeschnittenen Mittelbereichs des Wandelgangs 4 mit dem inneren Abschnitt des Stutzens 35 aus zwei unterschiedlichen Blickwinkeln. Sie werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
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Zu erkennen ist auch hier, dass sich der Wandelgang 4 als Lauffläche langsam nach unten schraubt. Die Drehrichtung ist hier im Uhrzeigersinn, sodass sich der Wandelgang 4 auf der rechten Seite unter sich selbst hindurchschiebt. Zu erkennen ist weiterhin, dass der Stutzen 35 stirnseitig geschlossen und dafür seitlich geöffnet ist. Zu sehen ist zudem der Steg 40, der sich radial nach außen erstreckt und der den unmittelbaren Weg um den inneren Stutzen 35 herum blockiert und somit das Fluid radial nach außen in Bereiche mit größeren Durchmessern führt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Energieeinheit
- 2
- Wärmeübertrager
- 3
- Behälter
- 4
- Wandelgang
- 30
- Längsachse
- 31
- Öffnung
- 32
- Freiraum
- 33
- Innenraum
- 34
- Innenkörper
- 35
- Stutzen
- 36
- Seite
- 40
- Steg
