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Heizvorrichtung für ein fließfähiges Medium Die Erfindung betrifft
eine Heizvorrichtung für ein Fluid bzw.
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ein fließfähiges Medium, bei der zwei Gruppen kreisförmig angeordneter
Magnete einander im Abstand gegenüberliegen.
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Zwischen den beiden Magnetgruppen befindet sich ein leitendes Teil.
Zur Erzeugung einer MagnetElußänderung durch abwechselnde Anziehung und Abstoßung
oder durch Veränderung der
Anziehung oder Abstoßung der Magneten
ist mindestens eine der Magnetgruppen drehbar. In dem leitenden Teil wird dadurch
Wärme induziert. An dem heißen Teil streicht ein Fluid, wie z.E.
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Luft, vorbei, erwärmt sich durch Energieaufnahme und tritt als heißes
Arbeitsfluid aus. Die Erfindung gestattet somit die Erhitzung eines Fluids mit Hilfe
eines Magnetfeldes.
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Zur ausführlicheren Erläuterung der Erfindung wird auf die in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele Bezug genommen. In der Zeichnung zeigt;
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
wobei verschiedene Teile weggelassen wurden, Fig. 2 einen Querschnitt längs der
Linie 2-2 in Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1, Fig.
4 einen Längsschnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 3, Fig. 5 einen Teilquerschnitt
durch eine modifizierte Ausführungs form, Fig. 6 einen Teilquerschnitt einer weiteren
Modifikation, Fig. 7 eine teilweise geschnittene Ansicht der Vorrichtung nach den
Fig. 1 bis 4, verkörpert in einer Reaktions-oder Rückstoßmaschine, Fig. 8 eine teilweise
geschnittene Ansicht der Vorrichtung nach Fig. 7, verkörpert in einem geschlossenen
System, Fig. 9 eine Teilansicht im Längsschnitt einer modifizierten Vorrichtung
gemäß der Erfindung, Fig. 10 eine Teilansicht längs der Linie 10-10 in Fig. 9 und
Fig. 11 eine Teilansicht längs der Linie 11-11 in Fig. 9.
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Gemäß den Fig. 1 bis 4 umfaßt eine Heizvorrichtung 20 für ein Fluid
ein Hauptgehäuse 22. Das Gehäuse 22 zeigt einen mittleren, zylindrischen Abschnitt
24, einen Fluideinlaß 26, einen erweiterten, hinteren Abschnitt 28 und einen Fluidauslaß
30.
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Eine erste Gruppe U-förmiger Magnete 32 ist in den zylindrischen Abschnitt
24 des Gehäuses 22 montiert, wobei die Enden oder Schenkel der Magnete annähernd
radial nach innen ragen und die Magnete im Querschnitt kreisförmig angeordnet sind.
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In der Mitte des Gehäuses 22 befindet sich ein Rotor 34 mit Magneten
36. Die Enden oder Schenkel der Magnete tragen radial nach außen und sind in einem
im Querschnitt kreisförmigen Muster angeordnet. Anstelle der in der Zeichnung gezeigten
Permamentmagnete können auch Elektromagnete verwendet werden.
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Das Gehäuse 22, bzw. mindestens der zylindrische Abschnitt 24 mit
den Magneten 32, und der Rotor 34 bestehen aus einem hitzebeständigen Material,
das sich auf den Magnetfluß nicht schädlich auswirkt. Hierfür kann eine Beryllium-Kupfer-Legierung
verwendet werden. Im BedarEbill können die Magnete 32 und 36 mit einer Abschirmung
aus einer Silber-Kupfer-Legierung versehen werden, die ein Teil Kupfer auf 9 Teile
Silber enthält und den Magnetfluß wirksamer nach außen zu den anderen Magneten leitet.
Die Magnetenden sind jedoch nicht abgeschirmt. Ebenso können der Rotor 34 und der
zylindrische Gehäuseabschnitt 24 aus einem hitzebeständigen Kunststoff hergestellt
werden, wie etwa dem im Handel erhältlichen Silikon "RTV 615", das Temperaturen
von über 22000 C aushält. Durch die vollständige Einbettung der Magnete in Kunststoff
werden diese besser gegen Wärme geschützt, wobei der Magnetfluß vom Kunststoff nicht
behindert oder absorbiert wird. Ebenso kann man eine Kombination von Metall und
Kunststoff verwenden.
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Der Rotor 34 wird von einer durchgehenden Welle 38 getragen, die in
einem Lager 40 am (in Strömungsrichtung) hinteren Ende drehbar in einem feststehenden
Träger bzw. einer Kappe 42 gelagert ist. Die Kappe 42 ist über Streben 44 (Fig.
1 und 2) im Gehäuse 22 abgestützt. Am (in Strömungsrichtung) vorderen Ende ist die
Welle 38 in einem Lager 46 drehbar angeordnet.
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Das Lager 46 sitzt in einer Kappe oder Abdeckung 4, die über Streben
50 ebenfalls vom Gehäuse 22 getragen wird. Der Rotor 34 bildet zusammen mit vorderer
und hinterer Kappe 42 bzw.
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48 einen glatten, tropfenförmigen Übergang mit minimalem Widerstand
für das durch das Gehäuse 22 strömende Fluid.
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Die Welle 38 geht nach vorn durch den Einlaß 26 des Gehäuses 22 und
durch einen schnellaufenden Rotationskompressor 52 (Fig.
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1) der Fluid unter Druck durch den Einlaß 26 liefert. Ein Motor 54
oder eine andere Antriebsquelle treibt die Welle 38, den Kompressor 52 und den Rotor
34 an.
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Im Raum zwischen den beiden Magnetgruppen 32 und 36 befindet sich
ein Heizelement 56. Das Heizelement 56 umfaßt einen zylindrischen Abschnitt 58 mit
davon zwischen den äußeren, feststehenden Magneten 32 nach außen ragenden, stärkeren
Rippen 60. Die Rippen 60 enden am hinteren Ende in Dispersions- oder Ableitblechen
62, die den Wärmeübergang auf das Arbeitsfluid weiter unterstützen. Gemäß Fig. 4
sind die Ableitbleche 62 an die hintere Kappe 42 montiert und tragen den hinteren
Abschnitt des Heizelementes 56. Der vordere Abschnitt des Heizelementes 56 ist über
kurze Streben 64 an der vorderen Kappe 48 abgestützt. Der vordere Abschnitt des
Elementes 56 ist bis auf die Streben 64 offen, während der hintere Abschnitt zwischen
den Ableitblechen 62 Auslässe 66 (Fig. 1) für den Fluiddurchlaß zwischen dem Element
56 und dem Rotor 34 sowie zwischen dem Element 56 und dem zylindrischen Abschnitt
24 des Gehäuses 22 aufveist.
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Die Magnete 32 und 36 können gemäß Fig. 3 und 4 so angeordnet sein,
daß die Nordpole N und die Südpol S gemäß der Zeichnung ausgerichtet sind. Bei dieser
Anordnung liegen sich in der Stellung des Rotors 34 gemäß Fig. 3 ungleichnamige
Pole gegenüber. Wenn sich der Rotor weiterdreht, liegen sich gleichnamige
Pole
gegenüber. Somit variiert bei dieser Anordnung der Magnete der Magnetfluß zwischen
einer maximalen Anziehungskraft und einer maximalen Abstoßungskraft und erzeugt
einen sich schnell ändernden Magnetfluß, der das Heizelement 56 vorwärts und rückwärts
schneidet. Der Magnetfluß erreicht seinen mittleren Wert, wenn die Pole der Magnete
36 zwischen den Polen der Magnete 32 stehen.
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Die Magnete können auch so angeordnet werden, daß sich immer nur gleichnamige
Pole gegenüberliegen. Dies läßt sich durch Umkehr sämtlicher Pole der Magnete 32
oder 36 erreichen oder indem man beispielsweise die Magnete 32 und 36 mit dem Nordpol
am Einlaßende des Gehäuses 22 anordnet. Man erhält in diesem Fall keine Anziehungskraft,
sondern nur pulsierende Abstoßungskräfte, die zwischen einem Minimum, wenn die Magnete
36 zwischen den Magneten 32 liegen und einem Maximum schwanken, wenn sie sich direkt
gegenüberliegen. Man kann die Magnete auch so anordnen, daß sich immer nur ungleichnamige
Pole gegenüberliegen. So kann man die Magnete 32 mit den Nordpol am Einlaßende des
Gehäuses und beispielsweise die Magnete 36 mit dem Südpol am Auslaßende des Gehäuses
anordnen. In diesem Fall treten lediglich pulsierende Abstoßungskräfte auf, die
zwischen einem Minium, wenn die Pole der Magnete 36 zwischen den Polen der Magnete
32 liegen und einem Maximum schwanken, wenn sich die Pole direkt gegenüberstehen.
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Die Magnete können nicht nur in Längsrichtung des Gehäuses 22, sondern
auch quer dazu angeordnet werden. Eine solche Anordnung zeigt Fig. 5, in der äußere
Magnete 68 im zylindrischen Abschnitt 24 des Gehäuses 22 und innere Magnete 70 im
Rotor 34 querliegend angeordnet sind. In diesem Fall trägt ein geringfügig modifiziertes
HeiSiement 72 mit einem annähernd zylindrischen Abschnitt 74 Verstärkungsrippen
76, die im Querschnitt keilförmig sind und nicht halbzylindrisch wie die Rippen
60.
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Es kann nicht nur der Rotor 34 umlaufen, sondern auch das Gehäuse
in entgegengesetzter Richtung rotieren, wobei sich die Frequenz der Pulsationen
oder Änderungen des Magnetfeldes erhöht. Gemäß Fig. 6 ist ein äußeres modifiziertes
Gehäuse 78 etwa am Einlaß- und Auslaßende drehbar gelagert und wird in entgegengesetzter
Richtung zum Rotor 34 angetrieben. Ein modifiziertes Heizelement 80 ist annähernd
zylindrisch, im Winkel gewellt und weniger massiv als die Heizelemente 56 und 72.
Das Element 80 besitzt jedoch eine sehr große Fläche für den Wärmeübergang und ist
einfacher herstellbar. Außerdem bewirkt die Form dieses Elementes durch Veränderung
von Form und Abstand zwischen gegenüberliegenden Magneten weitere Ma gne tfluß änderungen.
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Anstelle der Verwendung des erhitzten Fluids zur Arbeitsleistung in
einem anderen Gerät oder an anderer Stelle, kann die Vorrichtung eine Hochgeschwindigkeits-Rückstoßdüse
aufweisen und als Rückstoßmaschine arbeiten. Gemäß Fig. 7 enthält ein modifiziertes
Gehäuse 82 einen zylindrischen Abschnitt 24 und einen nach außen erweiterten Abschnitt
28, worauf jedoch eine Ausdehnungskammer 84 folgt, in deren Raum sich das Hochtemperatur-Arbeitsfluid
sammeln kann, bevor es durch eine Engstelle 86 einer Hochgeschwindigkeitsdüse 88
entweicht. Dadurch wird die erforderliche Geschwindigkeit zum Antrieb der gesamten
Vorrichtung erzeugt.
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Fig. 8 zeigt die Rückstoßmaschine nach Fig. 7 in einem geschlossenen
System und in einer Umgebung, in der Luft in ausreichender Menge nicht vorhanden
ist oder wo ein anderes Arbeitsfluid, beispielsweise ein inertes Gas, verwendet
wird.
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Die Düse 88 besitzt in diesem Fall vier im rechten Winkel angeordnete
Flügel 90, die das Fluid durch eine Auslaßöffnung 92 zu den Rücklaufkanälen 94 leiten.
Die Flügel 90 können die
Flugrichtung eines Gefährts, in dem das
System installiert ist, stabilisieren oder ändern. Die Rücklaufkanäle 94 leiten
das Fluid in Verdrängungstanks 96, die mit dem Rotationskompressor 52 verbunden
sind. Der Kompressor 52 erhält das Fluid durch die Einlässe 98, verdichtet es wieder
und gibt es an das Gehäuse 82 ab, wo es vom Element 56 zusätzliche Wärme erhält.
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Die Verdrängungstanks 96 bewirken einen Unterdruck für den Ausstoß
der Düse 88 und erhöhen dadurch den Düsenwirkungsgrad.
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Die Fig. 9 bis 11 zeigen eine modifizierte Vorrichtung 100 zum Übergang
von Wärme auf ein Fluid. Die Vorrichtung umfaßt ein Gehäuse 102 mit einem erweiterten,
zylindrischen Mittelabschnitt 104, einem ringförmigen Fluideinlaß 106 und einem
ringförmigen Fluidauslaß 108. Die Vorrichtung 100 enthält ferner drei feststehende
Magnetgruppen 110, 112 und 114 mit U-förmigen Magneten 116 für die Gruppen 110 und
114 und Startmagneten 118 für die mittlere, feststehende Gruppe 112. Die Magnete
116 sind in ringförmige Träger 120 montiert, wobei das vordere Teil auf einen nach
innen gerichteten Flansch 122 in der Nähe des Fluideinlasses 106 und das hintere
Teil 120 auf eine in Querrichtung verlaufendeWand 124 einer Kappe 126 montiert ist.
Die mittleren Startmagnete 118 sind in einem ringförmigen Träger 128 untergebracht,
der sich auf einer Nabe 130 befindet und von Streben 131 getragen wird, die nach
außen zur Innenseite der Gehäuseabschnitte 104 gehen.
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Zwei drehbare Magnetgruppen 132, 134 mit Stabmagneten 118 sind ebenfalls
in kreisförmige Rotoren oder drehbare Teile 136 und 138 montiert. Die Teile 136
und 138 sind an einer Antriebswelle 140 festgemacht, die von einem Motor oder dergl.
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entsprechend dem Motor 54 angetrieben wird.
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Zwischen feststehenden und rotierenden Magnetgruppen liegen Heizelemente
142, eines zwischen der feststehenden Gruppe 110 und der drehbaren Gruppe 132, eines
zwischen der drehbaren Gruppe 132 und der feststehenden Gruppe 112, eines zwischen
der feststehenden Gruppe 112 und der drehbaren Gruppe 134 und eines zwischen der
drehbaren Gruppe 134 und der feststehenden Gruppe 114. Die äußeren Heizelemente
142 sind auf rohrförmige Naben 144 und 146 montiert, während die beiden inneren
Heizelemente 142 auf der Nabe 130 der feststehenden Gruppe 112 angebracht sind.
Zur Vergrößerung der Oberfläche für das durchtretende Fluid sind gemäß Fig. 10 Fluidöffnungen
148 in jedem Element 142 vorgesehen und die Elemente außerdem vorzugsweise mit Schlitzen
150 ausgerüstet. Die drehbaren Gruppen 132 und 134 besitzen ebenfalls Fluidöffnungen
152, während die feststehende Gruppe 112 Fluidöffnungen 154 aufweist. Das Fluid
kann so aus dem ringförmigen Einlaß 706 durch die Öffnungen treten und an den Heizelementen
142 vorbeiströmen, wenn es sich zum ringförmigen Auslaß 108 bewegt.
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Die Heizelemente 142 werden auf die gleiche Weise wie die Elemente
nach den Fig. 1, 5 und 6 aufgeheizt und übertragen die Wärme auf das Fluid. Die
Magnete können so angeordnet werden, daß sich gleichnamige oder ungleichnamige Pole
gegenüberliegen und eine pulsierende oder wechselnde Magnetfeldänderung erzeugen.
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Die Vorrichtung 100 kann bei Bedarf in dem Abschnitt einer Turbine
eingesetzt werden, der normalerweise die Verbrennungskammern trägt, zur Erhitzung
des Fluids aus dem vorderen Kompressorabschnitt der Turbine auf die gleiche Weise,
wie sie Verbrennungskammern erreichen, jedoch ohne daß ein Brennstoff benötigt wird.