DE29515138U1

DE29515138U1 - Vorrichtung zur Umwandlung einer Energie in eine andere Energieform bzw. in Nutzwärme

Info

Publication number: DE29515138U1
Application number: DE29515138U
Authority: DE
Original assignee: HY TEC GmbH
Current assignee: HY TEC GmbH
Priority date: 1995-09-21
Filing date: 1995-09-21
Publication date: 1997-01-30
Anticipated expiration: 2005-09-22

Description

Dipl.-Ing. Peter Sartorius

Patentanwalt

European Patent Attorney

95 271 G

Vorrichtung zur Umwandlung einer Energie in eine andere Energieform bzw. in Nutzwärme

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Energie in eine andere Energieform bzw. in Nutzwärme mit mindestens einer Antriebseinheit zum Antrieb einer Druckmittel-Fördereinrichtung, die über eine Druckmittelleitung mit einer Druckmittel-Differenzeinrichtung bzw. Druckmittel-Erhöhungseinrichtung zur Erwärmung des Druckmittels wirkungsmäßig verbunden ist, über die das Druckmittel bzw. Öl einem in einem Behälter vorgesehenen Wärmetauscher zugeführt wird, der mit einem Verbraucher bzw. einer Heizungsvorrichtung wirkungsmäßig verbunden ist, wobei in der Druckmittelleitung des Wärmetauschers zahlreiche, sich in den Strömungsraum von einer Rohrleitung eines Wärmetauschers erstreckende Widerstandselemente bzw. Turbulatoren vorgesehen sind, die einen Teil der Strömungsquerschnittsfläche der Rohrleitung mindestens jedoch 15% der Gesamtquerschnittsfläche der Rohrleitung abdecken.

Es ist allgemein bekannt, bei Hydrosystemen mit Hilfe von Elektrohydroaggregaten elektrische Energie in hydraulische Energie umzuwandeln. Bei der Energieumwandlung und dem Energietransport entstehen erhebliche Verluste, so daß die bekannten Anlagen mit einem sehr schlechten Wirkungsgrad arbeiten.

Demgemäß besteht die Erfindungsaufgabe darin, die Vorrichtung zur Umwandlung einer Energie in eine andere

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Energieform bzw. in Nutzwärme und die zugehörigen Aggregate derart auszubilden und anzuordnen, daß der Wirkungsgrad gegenüber den bekannten Anlagen wesentlich verbessert wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Energie in eine andere Energieform bzw. in Nutzwärme mit mindestens einer Antriebseinheit zum Antrieb einer Druckmittel-Fördereinrichtung, die über eine Druckmittelleitung mit einer Druckmittel-Differenzeinrichtung bzw. Druckmittel-Erhöhungseinrichtung zur Erwärmung des Druckmittels wirkungsmäßig verbunden ist, über die das Druckmittel bzw. Öl einem in einem Behälter vorgesehenen Wärmetauscher zugeführt wird, der mit einem Verbraucher bzw. einer Heizungsvorrichtung wirkungsmäßig verbunden ist, wobei in der Druckmittelleitung des Wärmetauschers zahlreiche, sich in den Strömungsraum von einer Rohrleitung eines Wärmetauschers erstreckende Widerstandselemente bzw. Turbulatoren vorgesehen sind, die einen Teil der Strömungsquerschnittsfläche der Rohrleitung mindestens jedoch 15% der Gesamtquerschnittsfläche der Rohrleitung abdecken.

Durch die Verwendung der Druckmittel-Erhöhungseinrichtung bzw. durch den Einsatz einer Drossel, die an der Ausgangsseite der Antriebseinheit bzw. der Pumpe vorgesehen ist, wird das Druckmittel, insbesondere das Öl, stark komprimiert, so daß an dieser Stelle das Öl sehr stark erwärmt wird. Das hochkomprimierte bzw. stark erwärmte Öl wird dann einem Wärmetauscher zugeführt, der die gespeicherte Wärmeenergie als Heizungswfrme zur Verfügung stellt.

Eine wesentliche Verbesserung des Wirkungsgrads wird auch dadurch erreicht, daß diese Vorrichtung aus der Antriebseinheit, der Druckmittelpumpe, der Druckmittel-Erhöhungseinrichtung und dem Wärmetauscher besteht, der mit plattenförmigen Widerstandselementen bzw. Turbulatoren ausgestattet ist. Durch die Verwendung von in dem Wärmetauscher bzw. in den zugehörigen Rohrleitungen vorgesehenen Turbulatoren werden die Wärmemoleküle des erhitzten Öls aufgelöst, so daß Wärmeenergie über die Rohrleitungen an das in dem Behälter befindliche Medium (Flüssigkeit, Wasser) abgegeben wird. Erhitzt man beispielsweise das Druckmittel, insbesondere das Öl, über die Druckerhöhungseinrichtung bzw. die Drossel auf eine Temperatur von 80° und führt man dieses erhitzte Öl dem Wärmetauscher zu, so verläßt das Öl den Wärmetauscher mit einer Temperatur von ca. 60°. Wären derartige Turbulatoren in dem Wärmetauscher bzw. in den zugehörigen Leitungen nicht vorgesehen, so würde die Temperaturdifferenz, d.h. 20° sondern maximal 5° betragen. Das bewirkt, daß sich die Ölmoleküle wesentlich leichter auflösen können und somit der Wärmetransfer zwischen dem Öl und dem den Wärmetauscher umgebenden Medium wesentlich besser erfolgt. Diese frei werdende Wärmeenergie kann Heizungsanlagen, Warmwasserspeichern und anderen Einrichtungen ohne weiteres zugeführt werden.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß die Vorrichtung zur Umwandlung einer Energie in Nutzwärme bzw. der zugehörige Wärmetauscher aus einem Rohrleitungssystem besteht, in dem die Widerstandselemente bzw. Turbulatoren vorgesehen sind, deren größere Flächen quer zur Strömung des Druckmittels verlaufen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Vorrichtung zur Umwandlung einer Energie in Nutzwärme bzw. der zugehörige Wärmetauscher über Rohrleitungen mit einem Behälter zur Aufnahme des Druckmittels bzw. des Öls verbunden ist, in dem die Vorrichtung zur Erzeugung von Wärme vorgesehen ist, zu der zumindest eine Druckmittel-Erhöhungseinrichtung bzw. Drossel gehört, über die das Öl auf ein Temperaturniveau gebracht wird, das über der Umgebungstemperatur liegt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, daß der Behälter soweit mit Öl befüllt ist, daß die Einheit und die Druckmittelpumpe ständig unterhalb des Ölspiegels liegen. Da die Antriebseinheit bzw. der Motor sowie auch die Druckmittelpumpe ständig unter dem Ölspiegel liegen, kann bereits die Motorwärmeenergie an das Öl abgegeben werden, so daß hierdurch ebenfalls eine Wirkungsgradverbesserung eintritt. Ferner besteht die Möglichkeit, die Druckmittelpumpe als offenes System einzusetzen, wobei gleichzeitig auch aufwendige Zu- und Abführleitungen eingespart werden können. Hierdurch erhält man eine sehr kompakte Bauweise, zumal beide Aggregate fest miteinander verbunden werden können und insgesamt auf kleinstem Raum in dem Ölbehälter untergebracht werden können. Sämtliche Wärmeenergie, die bereits durch den Lauf des Elektromotors und durch den Einsatz der Pumpe aufgebracht wird, kann unmittelbar dem Öl als Wärmeenergie zur Verfügung gestellt werden.

Hierzu ist es vorteilhaft, daß die im Behälter vorgesehene Druckmittelpumpe einen offenen Ölkreislauf und

hierzu eine unterhalb des Ölspiegels liegende Ansaugöffnung sowie eine Auslaßöffnung aufweist.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, daß die im Behälter vorgesehene Druckmittelpumpe einen oder mehrere mit Bezug auf die Mittelachse der Druckmittelpumpe schräg verlaufende Aussparungen bzw. Nuten aufweist, die an der Innenoberfläche des Gehäuses des Motors oder an der Oberfläche des Läufers oder Rotors oder an einem anderen Teil des Motors vorgesehen sein können.

Vorteilhaft ist es ferner, daß die Nuten aus parallel verlaufenden Stegen gebildet sind und zur Aufnahme von Druckmittel oder Öl dienen, wobei die Nuten mit der Ansaugöffnung und/oder mit der Auslaßöffnung des Motors wirkungsmäßig verbunden sind, und daß die Druckmittelpumpe eine Auslaßöffnung mit einer an die Druckmittel-Erhöhungseinrichtung bzw. Drossel angeschlossenen Druckmittelleitung und eine in den Sammelbehälter reichende Saugseite bzw. Einlaßöffnung aufweist. Durch den Einsatz von aus parallel verlaufenden Stegen gebildeten Nuten, die entweder an der Innenoberfläche des Motorgehäuses oder auch auf der Oberfläche des Läufers bzw. des Rotors vorgesehen sein können, wird auf einfache Weise erreicht, daß der Motor nicht trocken läuft und zum anderen die von dem Motor aufgebrachte bzw. produzierte Wärmeenergie dem Öl direkt übertragen wird, so daß diese als Nutzwärme beispielsweise für die Heizungsanlage verwendet werden kann.

Hierzu ist es ferner vorteilhaft, daß die Druckmittel-Erhöhungseinrichtung bzw. die Drossel über ihre Druckseite mittels einer Druckmittelleitung an den Behälter

zur Aufnahme des Motors und der Druckmitte!pumpe angeschlossen ist und daß die Vorrichtung zur Umwandlung einer Energie in Nutzwärme aus dem Behälter besteht, in dem der Wärmetauscher mit seinen Rohrleitungen vorgesehen ist, wobei in der als Zuführleitung ausgebildeten Rohrleitung eine Förderpumpe vorgesehen ist, die den Wärmetauscher aus der Vorrichtung zur Erzeugung von Wärme mit Druckmittel bzw. öl versorgt, während über die zweite als Rücklaufleitung ausgebildete Rohrleitung Öl zur Vorrichtung zur Erzeugung von Wärme zurückgeführt wird. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der einzelnen Aggregate in dem Behälter ist es möglich, daß Pumpe und Motor im offenen Kreislauf arbeiten können und die auftretende Verlustwärme an das Öl abgegeben werden kann. Das Öl wird hierzu in der Unterölanlage bzw. in der Vorrichtung zur Erzeugung von Wärme ständig umgewälzt, so daß aufgrund dieser Umwälzung und durch die vorteilhafte Anordnung der einzelnen Bauteile Verlustwärme entsteht, die genutzt werden kann, in dem diese Wärmeenergie an das Öl abgegeben wird, so daß sie dann wieder als Wärmeenergie in Nutzwärme umgewandelt und Heizungssystemem zugeführt werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß an die Vorrichtung zur Umwandlung einer Energie in Nutzwärme neben dem ersten Wärmetauscher und der Heizungsvorrichtung ein weiterer Wärmetauscher angeschlossen ist, in dem zahlreiche Turbulatoren vorgesehen sind.

Wie zuvor beschrieben, gewährleistet die Ausbildung des Turbulators gemäß Anspruch 14 eine gute Herauslösung der Ölmoleküle, so daß in sehr kurzer Zeit ein Energie-

transfer zwischen Öl und dem umgebenden Medium vorgenommen werden kann.

Ferner ist es vorteilhaft, daß der Turbulator aus mindestens einem Widerstandselement gebildet ist, das sich quer zur Strömungsrichtung des Druckmittels in die Rohrleitung erstreckt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß der Turbulator aus mindestens einem sich zur Rohrmitte der Rohrleitung verjüngenden bzw. trapezförmig bzw. dreieckförmig ausgebildeten Widerstandselement besteht, dessen jeweilige Breitseite in Strömungsrichtung zeigt, und daß eine Seite des Turbulators an der Innenwand der Rohrleitung befestigt ist.

Von Vorteil ist es ferner, daß sich alle Turbulatoren sternförmig zur Rohrmitte bzw. zu seiner Mittelachse erstrecken und daß zumindest zwei gegenüberliegende Turbulatoren mit geringem Abstand d angeordnet sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß zumindest zwei gegenüberliegende Turbulatoren mit Abstand d zwischen 2 cm und 50 cm bzw. 10 cm und 50 cm bzw. 15 cm und 50 cm bzw. 25 cm und 50 cm bzw. 30 cm und 50 cm bzw. 40 cm und 50 cm bzw. 25 cm und 45 cm bzw. 28 cm und 3 3 cm bzw. mit Abstand von 30 cm angeordnet sind, und daß zumindest zwei, drei oder vier bzw. zahlreiche nebeneinanderliegende und/oder gegenüberliegende Turbulatoren jeweils mit Abstand d zwischen 2 cm und 50 cm bzw. 10 cm und 50 cm bzw. 15 cm und 50 cm bzw. 25 cm und 50 cm bzw. 30 cm und 50 cm bzw. 40 cm und 50 cm bzw. 25 cm und 45 cm bzw. 28 cm und 33 cm bzw. mit Abstand von 30 cm angeordnet sind.

Vorteilhaft ist es ferner, daß die Turbulatoren oberflächenvergütet bzw. gehärtet oder aus einem gesinterten Material gebildet sind und daß sich die Turbulatoren im Bereich der Mittelachse überlappen.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß die Turbulatoren einen Überlappungsbereich aufweisen, der zwischen 10% und 50% der Gesamthöhe A eines Turbulators liegt, und daß die Turbulatoren einen Überlappungsbereich aufweisen, der zwischen 20% und 40% der Gesamthohe A eines Turbulators liegt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Turbulatoren einen Überlappungsbereich aufweisen, der zwischen 25% und 35% der Gesamthöhe A eines Turbulators liegt, und daß mit Bezug auf die Vorderansicht der Turbulatoren die durch die Turbulatoren nicht abgedeckte Fläche F kleiner ist als die Gesamtfläche G vier hintereinanderliegender Turbulatoren. Das auf die Oberfläche der Turbulatoren austretende Öl wird durch die vorteilhafte Ausgestaltung der schräg verlaufenden Seitenteile der Turbulatoren stets zu den Seitenkanten der Turbulatoren geleitet, so daß in dem freien Raum zwischen zwei benachbarten Turbulatoren eine sehr starke Verwirbelung bzw. Turbulenz des Öls in den Rohrleitungen geschaffen wird, so daß die Wärmemoleküle sich sehr schnell freisetzen können.

Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Öls in der die Turbulatoren aufweisenden Rohrleitung zwischen 2 m³/h und 5 m³/h bzw. zwischen 3 m³/h und

4 m³/h zwischen 3,5 m³/h und 4,4 m³/h liegt und daß der Turbulator aus zwei zur Mitte der Rohrleitung zusammenlaufenden Seiten gebildet wird, die einen Winkel &agr; zwischen 15° und 50° bzw. zwischen 20° und 40° bzw. zwischen 25° und 35° bzw. zwischen 28° und 32° einschließen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, daß der Durchmesser D der die Turbulatoren aufnehmenden Rohrleitungen zwischen 20 mm und 50 mm bzw. zwischen 30 mm und 40 mm bzw. zwischen 35 mm und 45 mm bzw. zwischen 26 mm und 30 mm bzw. 28 mm groß ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt, wobei bemerkt wird, daß alle Einzelmerkmale und alle Kombinationen von Einzelmerkmalen erfindungswesentlich sind. Es zeigt:

Figur 1 ein Funktionsschema einer Vorrichtung zur Umwandlung einer Energie in Nutzwärme mit einer Vorrichtung zur Erzeugung von Wärme und den zugehörigen Verbrauchern,

Figur 2 einen Hydraulikkreislauf gemäß Figur 1,

Figur 3 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung zur Erzeugung von Wärme mit einer Antriebseinheit und einer Pumpe,

Figur 4 eine über einen Motor angetriebene Pumpe, die in einem Behälter der Vorrichtung zur Erzeugung von Wärme einbaubar ist,

Figur 5 eine Teilansicht der auf dem Läufer vorgesehenen Rippen und Vertiefungen zur Aufnahme von Öl,

Figur 6 die Vorderansicht zweier übereinander läppender Turbulatoren,

Figur 7 eine Querschnittsdarstellung einer Rohrleitung des Wärmetauschers,

Figur 8 einen Schnitt entlang der Linie A-B gemäß Figur 6,

In der Zeichnung ist in Figur 1 mit 1 eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Energieform in eine andere, beispielsweise in Heizungswärme, dargestellt. Diese Vorrichtung 1 besteht aus einem Behälter bzw. Sammelbehälter 7 zur Aufnahme einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser. Der Sammelbehälter 7 ist mit einem Isolierteil bzw. einer Isolierung 38 versehen, so daß die Wassertemperatur innerhalb des Sammelbehälters 7 über einen möglichst großen Zeitraum konstant gehalten werden kann. In dem Sammelbehälter 7 befindet sich ein Wärmetauscher 8, der aus zahlreichen wendelförmig angeordneten Rohrleitungen besteht, die eine als Zuführleitung

ausgebildete Rohrleitung 12 und eine als Abführleitung ausgebildete Rohrleitung 11 aufweisen.

Wie aus Figur 1 ferner hervorgeht, ist im oberen Bereich des Sammelbehälters 7 ein Thermometer 39 und ein Temperaturregler 40 vorgesehen. Im oberen Bereich des Sammelbehälters 7 befindet sich ein zweiter Wärmetauscher 31, der über eine Zuführleitung 41 und eine Brauchwasserleitung 42 mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Verbraucher verbunden sein kann. Am oberen Ende des Sammelbehälters 7 ist eine Rohrleitung 43 mit einem Druckspeicher 44 vorgesehen, wobei die Rohrleitung 43 (Heizungsvorlauf) mit einem Heizkörper 9 verbunden ist. Die Auslaßöffnung des Heizkörpers 9 ist wiederum über eine Rücklaufleitung 45 mit dem unteren Ende des Sammelbehälters 7 verbunden. In dem Heizungsvorlauf bzw. in der Rohrleitung 43 kann sich ein Steuer- oder Regelventil 46 befinden, über das der Zulauf zum Heizkörper 9 gesteuert bzw. geregelt wird.

Der im unteren Bereich vorgesehene Wärmetauscher 8 ist gemäß Figur 1, insbesondere gemäß Figur 2 und 3, mit einer Vorrichtung 28 zur Erzeugung von Wärme verbunden. Die Vorrichtung 28 zur Erzeugung von Wärme ist in Figur 3 in perspektivischer Darstellung und in Figur 2 nur schematisch angedeutet, wobei Teile der Vorrichtung nur in einem Funktionsschema und nicht in der räumlichen Anordnung wiedergegeben sind.

Die Vorrichtung 1 zur Umwandlung einer Energie in eine andere Energieform sowie die Vorrichtung 28 zur Erzeugung von Wärme sind als kompakte Baueinheit in einem Behälter bzw. Sammelbehälter 13 zur Aufnahme einer Druckmittelflüssigkeit insbesondere zur Aufnahme von

Synthetiköl 6 angeordnet. Wie aus Figur 3 hervorgeht, liegen alle wesentlichen Bauteile der Vorrichtung 1 und 28 gemäß Figur 3 unterhalb eines Ölspiegels 14, so daß diese Vorrichtungen mit einem offenen Ölkreis laufen können und die Wärmeenergie, insbesondere aus dem Motor 2, bereits dem Öl zugeführt wird, wie nachstehend noch näher beschrieben wird.

Wie aus Figur 2 und 3 hervorgeht, ist die Antriebseinheit bzw. der Elektromotor 2 über eine Kupplung 55 mit einer Druckmittel-Fördereinrichtung bzw. Hydraulikpumpe 3 antriebsmäßig verbunden. Die Stromversorgung der Antriebseinheit erfolgt über elektrische Leitungen 54, die an ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Stromnetz anschließbar sind.

Der Motor 2 ist gemäß Figur 2 und 3 über die Kupplung 55 mit der Druckmittel-Fördereinrichtung bzw. Hydraulikpumpe 3 wirkungsmäßig verbunden.

Die Antriebseinheit bzw. der Hydraulikmotor 2 weist (Fig. 2) ein Gehäuse 21 auf, in dem ein Rotor bzw. ein Läufer 20 vorgesehen ist. Zu dem Motor 2 gehört ein rinförmig angeordneter Stator 56. Der Antriebsmotor 2, der auch als Unterölelektromotor bezeichnet werden kann, weist an der einen Seite Ansaugöffnungen 15 und auf der anderen Seite Auslaßöffnungen 16 auf, die beim Antrieb des Läufers bzw. Rotors 20 durchflossen werden. An der Innenoberfläche des Gehäuses 21 bzw. an der Oberfläche des Läufers 20 und dadurch zwischen Stator 56 und Rotor 20 befinden sich zahlreiche parallel zueinander verlaufende Stege 27, die gemäß Figur 5 schräg verlaufende Aussparungen bzw. Nuten IS zur Aufnahme bzw. Durchdringung des Öl bilden. Die Nuten 18

schneiden eine Längsmittelachse 17 des Motors 2 in einem Winkel ß, der zwischen 20° und 50°, insbesondere 45° groß sein kann. Durch die zahlreichen, mit gleichem Abstand zueinander angeordneten Nuten 18 wird das durchströmende Ölmedium beim Austritt aus den Öffnungen 22 in einen Drall versetzt und gibt auf diese Weise die vom Elektromotor produzierte Wärmeenergie gleichmäßig an das Öl ab, so daß auch diese Wärmeenergie in Nutzenergie umgewandelt werden kann. Das aus dem Elektromotor 2 über die Leitungen 15 und 16 im offenen Kreislauf zugeführte Öl wird fortlaufend in den Sammelbehälter 13 zurückgeführt.

Die Hydraulikpumpe 3 steht über eine Auslaßöffnung 22 und eine Druckmittelleitung 4 mit einem Druckbegrenzungsventil 47 in Verbindung, das bei Erreichen eines bestimmtes Drucks über eine Abflußleitung 48 dem Sammelbehälter 13 wieder Druckmittel zuführt, so daß eine Beschädigung der Druckmittel-Erhöhungseinrichtung bzw. der Drossel 5 vermieden wird.

Wie aus Figur 2 ferner hervorgeht, steht die Druckmittelleitung 4 über die Drossel 5 und eine an die Drossel 5 angeschlossene Abflußleitung 29 ebenfalls mit dem Sammelbehälter 13 in Verbindung, so daß auch die Hydraulikpumpe 3 ständig in einem offenen Ölkreislauf arbeiten kann und auf diese Weise dem Druckmittel bzw. dem Öl Wärmeenergie zuführt, wenn das Öl die Drossel 5 passiert. Auf diese Weise wird das Öl im Sammelbehälter von einer Temperatur von ca. 20° auf eine Temperatur von ca. 85° erhitzt. Die auf diese Weise dem Öl zugeführte Wärme wird anschließend über die Vorrichtung 1 in Nutzwärme umgewandelt.

Der Motor 2 treibt die Hydraulikpumpe bzw. Druckmittel-Fördereinrichtung 3 an. Diese saugt über einen Filter 26, der vor der Einlaßöffnung 25 der Pumpe 3 sitzt, Öl an. Es hat sich gezeigt, daß bei einer Drehzahl des Motors 2 zwischen 1000 und 3000 U/min, insbesondere von 1500 U/min, sowie einem Druck zwischen 150 und 200 bar, insbesondere 170 bar, und einem Austrittsdurchmesser an der Drossel 5 zwischen 3 mm und 5 mm bzw. 3.2 mm zusammen mit der Verwendung von synthetischem Öl auf Esterbasis ein Wirkungsgrad von 98% in den Vorrichtungen 1 und 28 erzielt werden kann.

Als Öl wird in vorteilhafter Weise, wie bereits erwähnt, ein synthetisches Öl eingesetzt, das sich durch hervorragende Hochtemperatur- und extreme Oxydationsstabilität auszeichnet. Aufgrund dieser Eigenschaften können Verharzungen, Ablagerungen und Ausscheidungen fast vollständig vermieden werden. Das Öl weist bei einer Temperatur von 15° eine Dichte von 0,9 g/cm^ auf. Die Viskosität beträgt bei 10°C 19,1.

Das auf diese Weise auf ca. 35°C aufgeheizte Öl wird über die Saugleitung 48 und über eine Pumpe 30 der Rohrleitung 12 zugeführt, die an den Wärmetauscher 8 angeschlossen ist. Das aus dem Wärmetauscher 8 austretende Öl gelangt über die Hydraulikleitung 11 wieder in den Sammelbehälter 13. In der Leitung 11 sowie in der Leitung 12 können Steuer- bzw. Regelventile 49 bzw. 50 vorgesehen sein.

Das Öl aus dem Sammelbehälter 13 tritt mit einer Temperatur von ca. 88°C in den Wärmetauscher ein und verläßt den Wärmetauscher 8 über die Druckmittelleitung bzw. Rohrleitung 11 bei einer Temperatur von ca. 60°C. Das

Wärmepotential, das sich aus der Temperaturdifferenz ergibt, kann als Nutzwärme zur Versorgung der Heizungsvorrichtung 9 oder anderer Verbraucher 31 eingesetzt werden.

Diese Temperaturdifferenz 5^- bzw, die Abgabe der Wärmeenergie aus dem Wärmetauscher 8 läßt sich nur erreichen, wenn sich in den einzelnen Rohrleitungen 11, 12 des Wärmetauschers 8 innerhalb des Behälters 7 Turbulatoren 10 befinden. Würden der Wärmetauscher 8 bzw. die Rohrleitungen 11 und 12 nicht die nachfolgend beschriebenen Turbulatoren 10 aufweisen, könnte die in dem Öl enthaltene Wärmeenergie nur über einen äußerst langen Zeitraum abgegeben werden, so daß sich daraus eine Wirkungsgradverschlechterung ergäbe.

Die einzelnen erfindungswesentlichen Turbulatoren und die vorteilhafte Ausgestaltung ist in den Figuren 6 bis 9 veranschaulicht. Wie aus Figur 7 und 8 hervorgeht, bestehen die einzelnen Turbulatoren 10 aus einem flachen Widerstandselement, das dreieckförmig ausgebildet ist. Zwei Stirnseiten 37 verlaufen von einer unteren Seite 33 ausgehend zusammen und bilden eine Spitze, die durch die Höhe H₁ in Figur 8 angedeutet ist. Die Stirnseiten 37 der Turbulatoren 10 sollen scharfe, nicht abgerundete Kanten aufweisen. Die Seite 33 des Turbulators 10 ist an der Innenoberfläche der Rohrleitung 11 bzw. 12 des Wärmetauschers 8 befestigt. Der Winkel a gemäß Figur 8 zwischen den beiden zusammenlaufenden Seiten 37 kann zwischen 15° und 50° bzw. zwischen 20° und 40° bzw. zwischen 25° und 35° bzw. 28° und 32° groß sein. Durch die zusammenlaufenden Seiten 37, die sich zur Mitte des Rohres 11 erstrecken, wird der auf die Oberfläche bzw. auf die Breitseite des Turbulators 10

austretende Ölstrom zu den Kanten 37 gezwungen und läuft an den Stirnseiten 37 entlang, bis er abreißt und dabei stark verwirbelt. Es wird dadurch vermieden, daß das Öl an der Oberfläche der Rohrleitung bzw. der Widerstandselemente haften bleibt. Auf diese Weise werden Wärmemoleküle gelöst.

Wie aus Figur 7 hervorgeht, sind die einzelnen dreieckförmig ausgebildeten Turbulatoren 10 am Innenumfang der Rohrleitung 11 bzw. 12 gleichmäßig verteilt angeordnet. Zumindest zwei gegenüber- und nebeneinanderliegende Turbulatoren 10 können einen Abstand d (Fig. 9) aufweisen. Der Abstand d kann zwischen 2 cm und 50 cm bzw. zwischen 10 cm und 50 cm bzw. zwischen 15 cm und 50 cm bzw. zwischen 25 cm und 50 cm bzw. zwischen 30 cm und 50 cm bzw. zwischen 40 cm und 50 cm bzw. zwischen 25 cm und 45 cm, vorzugsweise zwischen 3 3 cm und 30 cm groß sein. Zwischen den Stirnkanten 37 zweier nebeneinander liegender Turbulatoren 10 befindet sich ebenfalls ein dreieckförmiger Freiraum 51 zur Aufnahme von Ölturbulenzen, die sich durch Abriß des Öls an der Oberfläche des Turbulators 10 bilden. Die Auftreffflache auf dem Turbulator 10 ist mit 52 und die Strömungslinien des Ölstroms mit 53 gekennzeichnet. Aufgrund dieser stark auftretenden Turbulenzen können die Ölwärmemoleküle herausgelöst und dem Wasser in dem Behälter 7 zugeführt werden, so daß diese Nutzenergie als Wärmeenergie für die Heizungsvorrichtung 9 oder jeden anderen Verbraucher eingesetzt werden kann.

Die Spitzen (1/3 H₁) der Turbulatoren 10 können gehärtet, gesintert oder oberflächenvergütet sein, so daß sich diese beim Durchströmen des Öls nicht abrunden.

Im Bereich einer Mittelachse 3 5 überlappen sich die Turbulatoren 10 mit dem Maß 1/3H. Der Überlappungsbereich 1/3 H₁ bzw. 36 kann 10% bis 50% der Gesamthöhe H₁ eines Turbulators 10 betragen. Der Überlappungsbereich 1/3 H₁ kann auch zwischen 20% und 40% der Gesamthöhe des Turbulators 10 sein. In vorteilhafter Weise beträgt der Überlappungsbereich 25% bis 35 % der Gesamthöhe H₁ des Turbulators 10.

Mit Bezug auf Figur 7 und auf die Vorderansicht der Turbulatoren 10 deckt die durch die Turbulators 10 nicht abgedeckte Fläche 51 einen Bereich ab, der kleiner ist als die Gesamtfläche von vier hintereinanderliegenden Turbulatoren 10. Hierdurch wird eine optimale Verwirbelung des Öls innerhalb der Rohrleitungen 11 und 12 bewirkt.

Die Strömungsgeschwindigkeit des Öls innerhalb der die Turbulatoren 10 aufweisenden Rohrleitungen 11 und 12 kann zwischen 3 und 4 cm³/h bzw. zwischen 3,5 und 4,4 cm³/h liegen. Hierdurch wird in kürzester Zeit in Verbindung mit den Turbulatoren 10 der Wärmetransfer zwischen dem Medium Öl und dem im Behälter 7 vorgesehenen Medium bzw. Wasser herbeigeführt.

Der Durchmesser D der die Turbulatoren 10 aufnehmenden Rohrleitungen 11 bzw. 12 kann zwischen 20 mm und 50 mm bzw. zwischen 3 0 mm und 40 mm bzw. zwischen 35 mm und 45 mm bzw. zwischen 26 mm und 30 mm, in vorteilhafter Weise jedoch 28 mm groß sein.

Die Vorrichtung 1 zur Umwandlung einer Energie in Nutzwärme und die Vorrichtung 28 zur Erzeugung von Wärme bilden die in Figur 3 dargestellte hydraulische

Heizung. Bei der hydraulischen Heizung und beim ölheizrnotor liegt der Vorteil gegenüber elektrischen Heizstäben in der schonenden, gleichmäßigen Erwärmung der Hydraulikflüssigkeit. Die Gefahr der Zerstörung der Hydraulikflüssigkeit durch örtliche Überhitzung wird ausgeschaltet. Durch den Einbau des Unterölaggregats, also der Vorrichtungen 1 und 28 in den Behältern 7, 13, die mit Wärmedämmstoffverkleidung versehen sein können, wird ein großes Flüssigkeitsvolumen, bspw. synthetisches öl, aufgenommen. Dadurch werden Verluste durch Wärmestrahlung in die Umgebung weitgehend ausgeschaltet. Als Druckflüssigkeit wird, wie bereits erwähnt, ein Bioöl auf der Basis synthetischer Ester verwendet. Damit arbeitet das System fast geruchlos, umweltfreundlich und ist zudem sehr gut alterungsbeständig.

Messungen von fertigen Heizsystemen, die nach dieser Vorrichtung arbeiten, haben einen Wirkungsgrad bei der Übertragung der eingesetzten Primärenergie, bspw. elektrischer Energie, von ca, 98% ergeben. Durch die vorteilhafte hydraulische Heizung ist kein Kamin erforderlich, ein Brennstofflagerraum mit Feuerschutztür entfällt, und es kann fast völlig emissionsfrei gearbeitet werden.

Der Heizraum kann demnach als Lagerraum anderweitig genutzt werden.

95 271 G Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung zur Umwandlung einer Energie in Nutzwärme

2 Antriebseinheit, Motor bzw. Elektromotor

3 Druckmittel-Fördereinrichtung, Druckmitte!pumpe, Hydraulikpumpe

4 Druckmittelleitung

5 Druckmittel-Differenzeinrichtung bzw. Druckmittel-Erhöhungseinrichtung bzw. Drossel

6 Druckmittel

7 Behälter bzw.Sammelbehälter

8 Wärmetauscher

9 Heizungsvorrichtung

10 Widerstandselement bzw. Turbulator=Turbulenzeinrichtung

11 Rohrleitung

12 Rohrleitung

13 Behälter bzw. Sammelbehälter

14 Ölspiegel

15 Leitung

16 Leitung

17 Mittelachse

18 schräg verlaufende Aussparungen bzw. Nuten

19 Oberfläche

20 Läufer oder Rotor

21 Gehäuse des Motors

22 Auslaßöffnung der Druckmittelpumpe (3)

23 Druckmittelleitung

24 Druckseite

25 Einlaßöffnung

26 Filter

27 Steg

28 Vorrichtung zur Erzeugung von Wärme

29 Druckmittelleitung

-29-

30 Förderpumpe

31 Wärmetauscher, Verbraucher

32 Breitseite

33 eine Seite des Turbulators (10)

34 Innenwand

35 Mittelachse

36 Überlappungsbereich

38 Isolierung

39 Thermometer

40 Temperaturregler

41 Zuführleitung

42 Brauchwasserleitung

43 Rohrleitung, Zuführleitung

44 Druckspeicher

45 Rücklaufleitung

46 Steuer- oder Regelventil

47 Druckbegrenzungsventil

48 Saugleitung, Abflußleitung

49 Steuerventil

50 Steuerventil

51 Freiraum

52 Auftrefffläche

53 Strömungslinien

54 elektrische Leitung

55 Kupplung

56 Stator

Claims

95 271 G Schutzansprüche

1. Vorrichtung (1) zur Umwandlung einer Energie in eine andere Energieform bzw. in Nutzwärme mit mindestens einer Antriebseinheit (2) zum Antrieb einer Druckmittel-Fördereinrichtung (3), die über eine Druckmittelleitung (4) mit einer Druckmittel-Differenzeinrichtung bzw. Druckmittel-Erhöhungseinrichtung (5) zur Erwärmung des Druckmittels (6) wirkungsmäßig verbunden ist, über die das Druckmittel (6) bzw. Öl einem in einem Behälter (7) vorgesehenen Wärmetauscher (8) zugeführt wird, der mit einem Verbraucher bzw. einer Heizungsvorrichtung (9) wirkungsmäßig verbunden ist, wobei in der Druckmittelleitung des Wärmetauschers (8) zahlreiche, sich in den Strömungsraum von einer Rohrleitung (11,12) eines Wärmetauschers (8) erstreckende Widerstandselemente bzw. Turbulatoren (10) vorgesehen sind, die einen Teil der Strömungsquerschnittsfläche der Rohrleitung (11,12) mindestens jedoch 15% der Gesamtquerschnittsfläche der Rohrleitung (11,12) abdecken.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Vorrichtung aus der Antriebseinheit (2), der Druckmittelpumpe (3), der Druckmittel-Erhöhungseinrichtung (5) und dem Wärmetauscher (8) besteht, der mit plattenförmigen Widerstandselementen bzw. Turbulatoren (10) ausgestattet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) zur Umwandlung einer Energie in Nutzwärme bzw. der zugehörige Wärmetauscher (S) aus einem Rohrleitungssystem (11, 12) besteht, in dem die Widerstandselemente bzw. Turbulatoren (10) vorgesehen sind, deren größere Flächen quer zur Strömung des Druckmittels (6) verlaufen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) zur Umwandlung einer Energie in Nutzwärme bzw. der zugehörige Wärmetauscher (8) über Rohrleitungen (11, 12) mit einem Behälter (13) zur Aufnahme des Druckmittels bzw. des Öls (6) verbunden ist, in dem die Vorrichtung (28) zur Erzeugung von Wärme vorgesehen ist, zu der zumindest eine Druckmittel-Erhöhungseinrichtung bzw. Drossel (5) gehört, über die das Öl auf ein Temperaturniveau gebracht wird, das über der Umgebungstemperatur liegt.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (13) soweit mit Öl (6) befüllt ist, daß die Antriebseinheit (2) und die Druckmittelpumpe (3) ständig unterhalb des Ölspiegels (14) liegen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Behälter (13) vorgesehene Druckmittelpumpe (3) einen offenen Ölkreislauf und hierzu eine unterhalb des Ölspiegels (14) liegende Ansaugöffnung (15) sowie eine Auslaßöffnung (16) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch, gekennzeichnet, daß die im Behälter (13) vorgesehene Druckmittelpumpe (3) einen oder mehrere mit Bezug auf die Mittelachse (17) der Druckmittelpumpe (3) schräg verlaufende Aussparungen bzw. Nuten (18) aufweist, die an der Innenoberfläche des Gehäuses (21) des Motors (2) oder an der Oberfläche (19) des Läufers oder Rotors (20) oder an einem anderen Teil des Motors (2) vorgesehen sein können.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (18) aus parallel verlaufenden Stegen (27) gebildet sind und zur Aufnahme von Druckmittel oder Öl dienen, wobei die Nuten (18) mit der Ansaugöffnung (15) und/oder mit der Auslaßöffnung (16) des Motors (2) wirkungsmäßig verbunden sind.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelpumpe (3) eine Äuslaßöffnung (22) mit einer an die Druckmittel-Erhöhungseinrichtung bzw. Drossel (5) angeschlossenen Druckmittelleitung (4) und eine in den Sammelbehälter (13) reichende Saugseite bzw. Einlaßöffnung (25) aufweist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittel-Erhöhungseinrichtung bzw. die Drossel (5) über ihre Druckseite (24) mittels einer Druckmittelleitung (29) an den Behälter (13) zur Aufnahme des Motors (2) und der Druckmittelpumpe (3) angeschlossen ist.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) zur Umwandlung einer Energie in Nutzwärme aus dem Behälter (7) besteht, in dem der Wärmetauscher (8) mit seinen Rohrleitungen (11, 12) vorgesehen ist, wobei in der als Zuführleitung ausgebildeten Rohrleitung (48) eine Förderpumpe (30) vorgesehen ist, die den Wärmetauscher (8) aus der Vorrichtung (28) zur Erzeugung von Wärme mit Druckmittel bzw. Öl (6) versorgt, während über die zweite als Rücklaufleitung ausgebildete Rohrleitung (11) Öl zur Vorrichtung (28) zur Erzeugung von Wärme zurückgeführt wird.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die Vorrichtung (1) zur Umwandlung einer Energie in Nutzwärme neben dem ersten Wärmetauscher (8) und der Heizungsvorrichtung (9) ein weiterer Wärmetauscher (31) angeschlossen ist.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Wärmetauscher (8) zahlreiche Turbulatoren (10) vorgesehen sind.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbulator (10) aus mindestens einem Widerstandselement gebildet ist, das sich quer zur Strömungsrichtung des Druckmittels (6) in die Rohrleitung (11, 12) erstreckt.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbulator (10) aus mindestens einem sich zur Rohrmitte der Rohrleitung (11, 12) verjüngenden bzw. trapezförmig bzw. dreieckförmig ausgebildeten Widerstandselement besteht, dessen jeweilige Breitseite in Strömungsrichtung zeigt.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seite (33) des Turbulators (10) an der Innenwand (34) der Rohrleitung (11) befestigt ist.

17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich alle Turbulatoren (10) sternförmig zur Rohrmitte bzw. zu seiner Mittelachse (35) erstrecken.

18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei gegenüberliegende Turbulatoren (10) mit geringem Abstand d angeordnet sind.

19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei gegenüberliegende Turbulatoren (10) mit Abstand d zwischen 2 cm und 50 cm bzw. 10 cm und 50 cm bzw. 15 cm und 50 cm bzw. 25 cm und 50 cm bzw. 30 cm und 50 cm bzw. 40 cm und 50 cm bzw. 25 cm und 45 cm bzw. 28 cm und 3 3 cm bzw. mit Abtsand von 30 cm angeordnet sind.

20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei, drei oder vier bzw. zahlreiche nebeneinanderliegende und/oder gegenüberliegende Turbulatoren (10) jeweils mit Abstand d zwischen 2 cm und 50 cm bzw. 10 cm und 50 cm bzw. 15 cm und 50 cm bzw. 25 cm und 50 cm bzw. 30 cm und 50 cm bzw. 40 cm und 50 cm bzw. 25 cm und 45 cm bzw. 28 cm und 3 3 cm bzw. mit Abstand von 30 cm angeordnet sind.

21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulatoren (10) oberflächenvergütet bzw. gehärtet oder aus einem gesinterten Material gebildet sind.

22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Turbulatoren (10) im Bereich der Mittelachse (35) überlappen.

23. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulatoren (10) einen Überlappungsbereich (36) aufweisen, der zwischen 10% und 50% der Gesamthöhe A eines Turbulators liegt.

24. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulatoren (10) einen Überlappungsbereich (36) aufweisen, der zwischen 20% und 40% der Gesamthöhe A eines Turbulators liegt.

25. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulatoren (10) einen Überlappungsbereich (36) aufweisen, der zwischen 25% und 35% der Gesamthöhe A eines Turbulators (10) liegt.

26. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit Bezug auf die Vorderansicht der Turbulatoren (10) die durch die Turbulatoren nicht abgedeckte Fläche F kleiner ist als die Gesamtfläche G vier hintereinanderliegender Turbulatoren (10).

27. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Öls in den die Turbulatoren (10) aufweisenden Rohrleitungen (11, 12) zwischen 2 m³/h und 5 m³/h bzw. zwischen 3 m³/h und 4 m³/h zwischen 3,5 m³/h und 4,4 m³/h liegt.

28. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbulator (10) aus zwei zur Mitte der Rohrleitung (11, 12) zusammenlaufenden Seiten (37) gebildet wird, die einen Winkel &agr; zwischen 15° und 50° bzw. zwischen 20° und 40° bzw. zwischen 25° und 35° bzw. zwischen 28° und 32° einschließen.

29. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser D der die Turbulatoren (10) aufnehmenden Rohrleitungen (11, 12) zwischen 20 mm und 50 mm bzw. zwischen 30 mm und 40 mm bzw. zwischen 35 mm und 45 mm bzw. zwischen 26 mm und 30 mm bzw. 28 mm groß ist.