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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung gehört
zu dem Bereich von elektrischen Heizungssystemen. Insbesondere beschäftigt sie
sich mit einem Heizsystem, das auf einem Ionen-Boiler basiert.
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Hintergrund der Erfindung
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Unter
den üblichen
Lösungen
sind einige Elektrodenlösungen
bekannt, die verschiedene flüssige
Wärmeträger verwenden
und die an verschiedene Heizsysteme angeschlossen werden können, um
Wasser zu erwärmen
oder Dampf zu erzeugen. Derartige Lösungen, bei denen Elektroden-Boiler
als Heizquellen verwendet werden und Elektrizität direkt in Wärmeenergie
umgewandelt wird, sind beispielsweise in den russischen Patenten
RU2168874 und
RU2189541 beschrieben.
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Der
Hauptnachteil von Elektrodenboilern besteht in der Anfälligkeit
für Ausblühungen oder
Ablagerungen an den Elektroden aufgrund von ungeeigneten Wärmeträgern.
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Die
der vorliegenden Erfindung am nächsten
kommende Lösungen
sind Ionen-Heizsystemlösungen (29.09.2004,
http: //web.archive.org/web/20060209092336/www.leidi.ee/skeemid.htm)
von Leidi Consult OÜ (http://www.leidi.ee/).
Deren Lösungen
enthalten ein monozyklisches System, bei dem der elektrische Ionen-Boiler,
der den Wärmeträger aufheizt
oder Wasser in einem System zirkulieren lässt, mit Radiatoren, Fußbodenheizungen
oder Heißwasserboilern
verbunden ist.
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Der
Nachteil von diesen und anderen ähnlichen
Lösungen
besteht darin, dass beim Anschließen des Ionen-Boilers an ein
Heizsystem das ganze System erneut konzipiert werden muss, abhängig von
den verwendeten Radiatoren oder des Heizsystems, das speziell zum
Aufheizen des Boilers installiert ist. Im vorliegenden Fall ist
das als Wärmeträger verwendete
Wasser nicht zum Trinken geeignet und das zum Heizen verwendete Wasser
kann in dem System nicht separiert werden. Somit kann die Verwendung
einer derartigen Lösung
komplex und unkomfortabel sein.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Ionenheizsystem
stellt die nächste
Stufe von gemeinsamen ionischen und Elektrodenboilersystemen dar.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Heizsystem
für geschlossene
Räume mit
einer Fläche
bis 400 m2, als auch für größere Industrieanlagen, Treppenhäuser oder andere
größere Gebäude anzugeben.
Um größere Räume zu heizen
kann das erfindungsgemäße System
mit größeren Systemen,
die zwei oder mehr Ionenheizsysteme enthalten, verbunden werden.
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Der
Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass es nicht
notwendig ist einen separaten Boilerraum zu bauen, um das Ionenheizsystem
zu installieren. Das System kann im Eingang, im Waschhaus, im Keller,
auf dem Dachboden, in der Garage oder in irgendeinem anderen Raum
installiert werden, in dem Zu- und Abflussleitungen der Zentralheizung
als auch die industriellen Anschlüsse mit einer geeigneten Ausgangsleistung
installiert werden können.
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Der
im Ionenheizsystem verwendete Ionen-Boiler kann als Heizquelle für den Boden,
für Radiatoren oder
für ein
Warmluftheizsystem verwendet werden, als auch zur Erzeugung von
Heißwasser
zum Trinken. Das Ionenheizsystem kann sowohl separat als auch parallel
an existierende Systeme angeschlossen werden. Anders als bei üblichen
Heizsystemen enthält
das Ionenheizsystem keine Heizspiralen, Verbrennungskammern oder
andere Heizelemente, wodurch es vollständig feuerfest und sicher ist.
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Das
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Betriebsprinzip liegt
in der Umwandlung elektrischer Energie zum Heizen direkt innerhalb
des Heizträgers,
wo die Wärme
durch Bewegung von Elektroden und Ionisierung von Flüssigkeiten
erzeugt wird, wodurch es ermöglicht
wird, mehr Energie einzusparen und eine maximale mögliche Effizienz
zu erreichen. Die gesamte verwendete Energie soll in Wärmeenergie
umgewandelt werden, weshalb die vorliegende Erfindung einen höheren Effizienzfaktor
als alle anderen bekannten Lösungen
aufweist, wobei das gesamte Ionenheizsystem sehr schnell aufheizt.
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Das
Ionenheizsystem kann auch bei einer Sanierung oder Renovierung von
bereits genutzten Heizsystemen verwendet werden, bei denen das Wasser
des Ionenheizsystems und das im Heizsystem zirkulierende Wasser
wegen des Wärmetauschers
nicht in Kontakt kommen sollen und bei denen die Reinheit des Heizsystems
nicht ausschlaggebend sein soll. Das Ionenheizsystem kann mit gußeisernen
Radiatoren verbunden werden, mit Akkumulationstanks, mit Boilergehäusen und
anderen Systemen, in denen man Rost, Metallpartikel oder Kalkablagerungen
finden kann.
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Das
Ionenheizsystem enthält
zwei Kreisläufe – einen
ersten primären
oder Boilerkreislauf und einen zweiten sekundären oder Heizkreislauf, wobei
zusätzlich
zum Wasser eine spezielle kältebeständige Flüssigkeit
als Wärmeträger verwendet
werden kann. Verglichen mit Wasser ist die positive Seite der Flüssigkeit
seine Resistenz zu kühlen,
zusätzlich
zur hohen Wärmekapazität, die die
Bewegung einer größeren Wärmemenge mit
der gleichen Flüssigkeitsmenge
garantiert. Wenn ein spezieller Wärmeträger verwendet wird, sollten
in dem Ionenheizsystem keine Kalkablagerungen oder Korrosionen auftreten,
wodurch die Lebenszeit des Ionen-Boilers signifikant verlängert werden
kann.
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Das
gesamte Ionenheizsystem ist als komplexe Lösung ausgestaltet, die zur
sofortigen Nutzung geeignet ist und die eine schnelle und kompakte
Installation ermöglicht,
wobei der Installateur keine spezielle Unterweisung erfahren muss.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Alle
der oben erwähnten
und anderen Eigenschaften und Vorteile werden im Folgenden mit Bezug
auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 einen
Ionenheizsystem in einer perspektivischen Ansicht darstellt;
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2 eine
Schnittdarstellung eines in 1 dargestellten
Ionenheizsystems als erstes Ausführungsbeispiel
zeigt;
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3 eine
Schnittdarstellung eines in 1 dargestellten
Ionenheizsystems als zweites Ausführungsbeispiel zeigt;
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4 eine
Schnittdarstellung eines Ionenheizsystems gemäß 1 als drittes
Ausführungsbeispiel zeigt;
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5 eine
Schnittdarstellung eines Ionenheizsystems gemäß 1 als viertes
Ausführungsbeispiel zeigt;
und
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6 eine
Schnittdarstellung eines Ionenheizsystems gemäß 1 als fünftes Ausführungsbeispiel zeigt.
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Beschreibung des bevorzugten
Ausführungsbeispiels
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Das
in den 1, 2 und 3 dargestellte
Ionenheizsystem entsprechend der vorliegenden Erfindung enthält ein Gehäuse mit
einer Frontplatte 1 und einer der Frontplatte gegenüberliegenden
Seite 2, einer Oberseite 3, einer Unterseite 4 und
einer Rückseite 5 und
einer Tür 6,
die der Rückseite
gegenüberliegt, einen
Ionen-Boiler 7, einen Expansionstank 8, ein Rückschlagventil 9,
eine Umwälzpumpe 10,
einen Mehrfachverteiler 11, eine Sensoreinheit 12,
ein automatisches Entlüftungsventil 13,
das am Mehrfachverteiler 11 befestigt ist, ein extensives
oder großflächiges Druckventil 14,
ein Druckmanometer 15, ein automatisches Ventil 16 (beispielsweise
ein thermal oder magnetisch von Sensoren gesteuertes Ventil, oder
andere mit konstanter Temperatur oder mit einer eingestellten Temperatur
zwischen 30–100° C); zur
Renovierung von bestehenden Heizsystemen: einen Wärmetauscher 17,
eine Heizungsleitung einschließlich
der Leitungen 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 und
im Fall eines Wärmetauschers 17,
Leitungen 28 und 29, obere Befestigungsmittel 30,
untere Befestigungsmittel 31, eine an der Frontplatte 1 befestigte
Steuereinheit 32, die mit dem Elektrizitätssystem
des Ionenheizsystems verbunden ist, Verbindern oder Anschlüssen 33,
eine zusätzliche
Masseverbindung 34, Leitungsöffnungen 35, 36, 37, 38,
einen Thermosensor 39, der an der Tür 6 befestigt ist,
einen Überhitzungssensor 40,
ein Verriegelungssystem 41 und einen Sensor 42.
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Die
Wärmezufuhr
des Ionenheizsystems wird durch das automatische Ventil 16 in
zwei Kreisläufe
aufgeteilt – ein
erster primärer
oder Boilerkreislauf und ein zweiter sekundärer oder Heizkreislauf. Das
automatische Ventil 16 wählt automatisch den primären Kreislauf.
Der primäre
Kreislauf des Ionenheizsystems soll auf die eingestellte Temperatur
(z. B. 60° C)
aufgeheizt werden, nachdem das automatische Ventil 16 den
zweiten Kreislauf öffnet
und das Ionenheizsystem soll den Wärmeträger bei der eingestellten Temperatur
freigeben. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, einen Teil des Heizsystems
dem anderen vorzuziehen, beispielsweise den primären Kreislauf für Heißwasser
und Radiatoren zu verwenden und den zweiten Kreislauf für Radiatoren
und eine Fußbodenheizung
zu verwenden. Das automatische Ventil 16 kann ein Wärmeventil
sein, das zur Erhöhung
der Betriebstemperatur des Festbrennstoff-Boilers verwendet werden kann, um den
Verbrennungsgrad der Brennflüssigkeit
und den Effizienzfaktor zu erhöhen.
Der Eingang 43 des automatischen Ventils 16 ist
mit dem Mehrfachverteiler 11 über die Leitung 18 verbunden,
wobei der Mehrfachverteiler mit dem oberen Teil des Ionen-Boilers 7 über die
Leitungen 19 und 20 verbunden ist.
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Entsprechend
dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, welches in den 1 und 2 dargestellt
ist, ist das Ionenheizsystem zum Anschluss an neue Heizgeräte vorgesehen.
In diesem Fall wird einer der Ausgänge 44 des automatischen
Ventils 16 mit einer Leitung 21 verbunden, wobei
der andere Ausgang 45 über
die Leitung 22 mit dem Rückschlagventil 9 verbunden
ist, das über
die Leitungen 24 und 25 und Leitung 26 der
Umwälzpumpe 10 mit
dem unteren Teil des Ionen-Boilers 7 verbunden ist und
das mit der Leitung 23 verbunden ist, die mit dem Expansionstank 8 verbunden
ist und das mit der Leitung 27 verbunden ist.
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Um
das Ionenheizsystem mit einem bestehenden Heizsystem entsprechend
dem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zu verbinden, das in den 1 und 3 dargestellt
ist, wird ein Wärmetauscher 17 im
Ionenheizsystem installiert, um zu verhindern, dass Ablagerungen
(Kalkablagerungen, Rost, etc..) in das System gelangen. In diesem
Fall, ist einer der Ausgänge 44 des
automatischen Ventils 16 mit dem oberen Teil 171 des
Wärmetauschers 17 über die
Leitung 23 verbunden; der obere Teil 171 ist mit
einer Leitung 21 verbunden, wobei der andere Ausgang 45 des
automatischen Ventils mit dem unteren Teil 172 des Wärmetauschers 17 über eine
Leitung 22 und Leitungen 27 und 29 verbunden
ist; wobei der untere Teil 172 mit der Leitung 24 verbunden
ist.
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Bei
dem dritten Ausführungsbeispiel
gemäß der vorliegenden
Erfindung, das in 4 dargestellt ist, hat das automatische
Ventil 16 zwei Eingänge 46 und 47 und
einen Ausgang 48. Der Eingang 46 des automatischen
Ventils 16 ist über
eine Leitung 50 mit dem Rückschlagventil 9 verbunden,
das über
eine Leitung 22 mit den Leitungen 18 und 21 verbunden
ist, wobei die Leitung 22 über eine Leitung 23 mit
dem Expansionstank 8 verbunden ist. Der andere Eingang 47 des
automatischen Ventils 16 ist mit der Leitung 24 verbunden,
wobei der Ausgang 48 des automatischen Ventils 16 mit
der Leitung 25 verbunden ist.
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Bei
dem in 5 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden
Erfindung ist das Ionenheizsystem mit einem Wärmetauscher 17 ausgestattet,
wobei das automatische Ventil 16 zwei Eingänge 46 und 47 und
einen Ausgang 48 aufweist. In diesem Fall ist einer der
Eingänge 46 des
automatischen Ventils 16 mit einer Leitung 22 verbunden,
die über
die Leitung 23 mit dem Expansionstank 8 verbunden
ist und über die
Leitung 18 mit dem Mehrfachverteiler 11 und über die
Leitung 28 mit dem oberen Teil 171 des Wärmetauschers 17.
Der andere Eingang 48 des automatischen Ventils ist über die
Leitung 29 mit dem unteren Teil 172 des Wärmetauschers 17 verbunden.
Der andere Ausgang 48 des automatischen Ventils 16 ist
mit der Leitung 27 verbunden, die mit der Leitung 25 verbunden
ist.
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Das
fünfte
Ausführungsbeispiel
des Ionenheizsystems gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in 6 dargestellt, wobei das Ionenheizsystem
statt des automatischen Ventils 16 der vorherigen Ausführungsbeispiele
mit einem Wärmetauscher 17 und
einem Ventil an den Ausgangspunkten 491 und 492 oder
einem Ventil an den Eingangspunkten 493 oder 494 des
Wärmetauschers
ausgestattet ist, um die Wärmezufuhr
zu begrenzen.
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Im
sechsten Ausführungsbeispiel,
bei dem das Heizen von größeren Flächen, beispielsweise
Industrieanlagen, Lagerhäusern,
etc. durchgeführt
wird, sind die Ionenheizsysteme als Kaskade verbunden.
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Das
Ionenheizsystem soll vertikal montiert werden, unabhängig von
der zentralen Heizleitung. Um ein Leck in den Heizleitungen des
Ionenheizsystems zu vermeiden, werden isolierte Plastikleitungen
verwendet, um Wärmeverluste
zu vermeiden. Zur Fixierung der Heizleitungen werden obere Befesti gungsmittel 30,
die an einer inneren Oberseite 3 des Gehäuses befestigt
sind und untere Befestigungsmittel 31, die an einer inneren Rückseite 5 des
Gehäuses
befestigt sind, verwendet. Um den Kontakt zwischen der neutralen
und der Massenverbindung zu verhindern, sind die Befestigungsmittel
mit Abdeckungen ausgestattet.
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Um
das Ionenheizsystem zu aktivieren, sollte es vorher mit einem geeigneten
Wärmeträger gefüllt werden.
Die bevorzugten Wärmeträger umfassen
Wasser, das dem Trinkwasserstandard entspricht (Leitfähigkeit
350–400 μS bei 20°C) oder eine
spezielle kältebeständige Flüssigkeit.
Der bevorzugte Arbeitsdruck im Ionenheizsystem liegt bei 1,5–2,2 bar,
wobei die bevorzugte Arbeitstemperatur bei 70–75°C liegt. Um den sekundären Kreislauf
zu aktivieren, sollte der primäre
Kreislauf auf die voreingestellte Temperatur (vorzugsweise 60° C) aufgewärmt sein.
Die Temperatur des primären
Kreislaufs, die erforderlich ist, um den sekundären Kreislauf zu aktivieren,
kann von einem Thermorelay gesteuert werden und entsprechend den
Erfordernissen ausgewählt
werden.
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Die
Abhängigkeit
der nominellen Leistung des im Ionenheizsystem verwendeten Ionen-Boilers
7 bei einer
Arbeitstemperatur von 70°C,
wie im ersten Ausführungsbeispiel,
und die bevorzugte Menge des Wärmeträgers in
Bezug zur geheizten Fläche,
sind in Tabelle 1 angegeben.
| Nominale
Leistung des Ionen-Boilers
bei 70 °C | 6
kW | 9
kW | 12
kW | 15
kW | 20
kW | 25
kW |
| Maximal
verwendete Stromintensität | 13
A | 16
A | 20
A | 25
A | 32
A | 40
A |
| Bevorzugte
Menge des Wärmeträgers im
Ionenheizsystem | >80L | >140L | >200L | >260L | >360L | >500L |
| Geheizte
Fläche
in m2 | 90 | 135 | 180 | 225 | 300 | 375 |
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Das
Ionenheizsystem wird an das Elektrizitätssystem über 32A- oder 63A- Verbinder 33 an
der Frontplatte 1 angeschlossen, wobei das Gehäuse und
die Heizleitung des sekundären
Kreislaufs über
zusätzliche Masseverbindungen
verbunden sind. Der Anschluss des Ionenheizsystems an die elektrische
Schaltung erfolgt über
Leistungsverbinder, was von einer Person ohne spezi elle elektrische
Ausbildung vorgenommen werden kann. Die gesamten automatischen Steuervorrichtungen
sind am Gehäuse
installiert und können
von der Frontplatte 1 aus bedient werden.
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Der
primäre
Kreislauf ist vom Gehäuse 1 getrennt
und nicht mit der Masseverbindung verbunden. Eine zusätzliche
Masseverbindung ist für
eine Ausnahme- oder Notsituation vorgesehen. Die spannungsführenden Teile
sind mit einer Isolierung abgedeckt. Alle Verbindungen sind so realisiert,
dass sich der Wärmeträger innerhalb
des geschlossenen Systems bewegt und keinen direkten Kontakt mit
leitfähigen
Teilen aufweist. Im Ionenheizsystem ist ein automatischer Überhitzungssensor 40 installiert,
wobei der Benutzer keinen Zugriff auf spannungsführende Teile hat. Wenn die
Tür 6 des
Gehäuses
geöffnet
wird, wird das elektrische System automatisch vom Sensor 42 ausgeschaltet,
der mit dem Ionenheizsystem über
das Verriegelungssystem 41 verbunden ist. Wenn die Tür 6 geschlossen
wird, wird zum Heizungsmodus zurückgekehrt.
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Die
Steuerung und Regelung des Betriebs des Ionenheizsystems wird von
einem digitalen Thermosensor 39 durchgeführt, der
in der Tür 6 des
Gehäuses
installiert ist. Der Thermosensor 39 steuert die Arbeit des
Ionen-Boilers 7 und regelt den Stromverbrauch gemäß dem eingestellten
Temperaturmodus. Der Thermosensor enthält einen Hauptschalter, einen
magnetischen Schalter, automatische Sicherungen, Phasenindikatoren,
digitale Thermorelays und manuell zurückkehrende Überhitzungssensoren und einen
Sensor 42. Das Thermorelay ermöglicht, das System gleichmäßig und
in einem energiesparendem Modus durch das Beibehalten der eingestellten
Temperatur im primären
und sekundären
Kreislauf zu betreiben. Der manuell reversible Überhitzungssensor schützt das
System vor einem Überhitzen
in einem Notfall.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben erwähnten Ausführungsbeispiele und beschriebenen Komponenten
beschränkt.
Der Fachmann versteht, dass die vorliegende Erfindung im Rahmen
der Merkmale verändert
werden kann, die in einem brauchbaren Modell vorhanden sind.