DE3040520A1 - Waerme-erzeugungsanlage zum erwaermen von fluessigkeiten fuer heizzwecke - Google Patents

Description

• Wärmeerzeugungs-Anlage zum Erwärmen von Flüssigkeiten für Heizzwecke
• Die Erfindung betrifft eine Wänneerzeugur'g-Anlago, , insbesondere zum Beheizen von Räumen, die nach dem Prinzip der hydrodynamischen Energieumwandlung von mechanischer Rotations-Energie in Wärme-Energie arbeitet; Zum Beheizen von Räumen werden bisher in der Hauptsache Verbrennungsanlagen für organische Stoffe eingesetzt, neben Wärmepumpen oder Solar-Anlagen, die noch weniger verbreitet sind.
• Aufgabe der Erfindung ist es, vom Verbrennungsprozeß wegzukommen und unabhängig von fossilen Brennstoffen und ohne Erzeugung irgendwelcher Abgase eine Heizmöglichkeit zu schaffen.
• Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mechanische Rotations-Energle mit Hilfe einer Flüssigkeit in einer Strömungsmaschine völlig in Wärmeenergie umgewandelt wird, wodurch sich die Flüssigkeit erwärmt. Dabei ist die Flüssigkeit in der Strömungsmaschine Bestandteil eines thermischen Kreislaufs, d.h. die Strömungsmaschine zur Erzeugung der Wärme ist mit dem Wärmetauscher zur Abgabe der erzeugten Wärme nach außen hin über den Flüssigkeitskreislauf gekoppelt.
• Dabei wird die Strömungsmaschine von einer rotierenden Kraftmaschine angetrieben; dies kann ein Elektromotor, eine Windturbine oder ein Verbrennungsmotor sein, wobei es zweckmäßig ist, beim Antrieb durch einen Verbrennungsmotor auch die Kühlwasser- und Abgaswärme des Motors zu Heizzwecken heranzuziehen, in dem weitere Wärmetauscher in den Heizungskreislauf integriert werden. Die Strömungsmaschine kann aber auch als Wärmeerzeuger von einem rotierenden Rad oder einer Achse eines Fahrzeuges angetrieben werden, wobei noch der Bremseffekt derart ausgenutzt werden kann, daß die Strömungsmaschine hauptsächlich in Schub-+/oder Bremsbetrieb zu Heizzwecken zugeschaltet wird.
• Nach Fig. 1 besteht die Strömungsnschine aus einem Rotor 2, der in radialer Richtung und in senkrechter Ebene zu Drehachse Schaufeln 12 aufweist, und einem Stator 3, der Teil des Maschinengehäuses 1 ist und der ebenfalls spiegelbildlich zum Rotor radiale Schaufeln 13 in senkrechter Ebene zur Mittelachse aufweist.
• Die Bohrung 14, die dem Zufluß der Heizflüssigkeit dient, mündet möglichst nahe der Mittelachse in den Schaufelkanal 13. Die Flüssigkeit zwischen den feststehenden Schaufeln des Stators und den sich drehenden des Rotors wird verwirbelt, wodurch sich die Flüssigkeit erhitzt und eine Bremswirkung auf den Rotor ausgeübt wird.
• Aufgrund der Zentrifugal-Kraft und der Pumpwirkung des Rotors wird die Flüssigkeit in die: Bohrung 18 des Statorgehauses 3 gedrückt, wobei diese möglichst weit entfernt von der Mittelachse und möglichst tangential zur Schaufel, angeordnet sein soll.
• Diese Bohrung 18 stellt den Austritt für die erwärmte Flüssigkeit dar und ist mit der Leitung 8, die zum Heizkörper 5 führt, verbunden. Durch die Pumpwirkung des rotierenden Rotors ist der Kreislauf der Heizflüssigkeit gewährleistet.
• Eine Dichtung 11 im Gehäuseteil 1 dichtet die Antriebswelle 15 ab, so daß keine Flüssigkeit nach außen gelangt.
• An einem derartigen Wärmeerzeuger können nun ein oder mehrere Wärmetauscher in Form von Heizkörpern 5 angeschlossen werden; entweder in unmittelbarer Nahe des Wärmeerzeugers oder beim Anschluß mehrerer Heizkörper in beliebiger Entfernung.
• Fig. 1 zeigt als Ausführungsbeispiel eine Kompakt-Heizeinheit, wie sie z.B. in jedem Raum aufgestellt werden kann. Diese Heizeinheit kann z. B. als transportables Gerät auscr,ebildet sein, ohne feste Installation. Ein Elektromotor 6 treibt über eine Kupplung 9 den Rotor 2 der Strömungsmaschine 1 an. Beide Maschinen, Antriebs-und Strömungsmaschine sind in einem gemeinsamen Gehäuse 10 untergebracht, wobei der Stator 3 ein Teil dieses Gehäuses sein kann. An dieser kompakten Maschineneinheit ist der Heizkörper 5 unmittelbar angeflanscht. Die Leitung 8 dient der Zufuhr von erhitzter Flüssigkeit aus der Strömungsmaschine zum Heizkörper, die Leitung 4 führt die abgekühlte Flüssigkeit vom Heizkörper zur Strömungsmaschine zurück; somit ist der Flüssigkeitskreislauf geschlossen. In der Leitung 8 vor dem Heizkörper 5 ist ein thermischer Regelschalter 7 angeordnet. Ein Dehnstoff-Element, das bei Erwärmung einen gewissen Hub ausübt, wirkt auf einen Elektrokontakt und unterbricht beim Erreichen einer bestimmten Flüssigkeitstemperatur den Stromkreis zum Elektromotor. Dieser schaltet dann ab, und die Analge ruht. Nach einer bestimmten Abkühlung der Heiztätigkeit schließt der thermische Regelschalter 7 wieder den Stromkreislauf, so daß wiederum eine Aufheizung der Flüssigkeit erfolgen kann.
• Fig. 2 zeigt das Rotorrad 2 der Strömungsmaschine 1 in der Ansicht auf die Schaufein 12.
• t1if. zeip;i; die Wiinrieerzeugungs-Anlage schematisch mit einem Antrieb durch eine Windl'urbinc- mit mehreren angeschlossenen Heizkörpern in verschiedenen Räumen eines Gebäudes.
• Beim Antrieb durch eine Windturbine 19, die zweckmäßigerweise auf dem Dach 20 eines Gebäudes 21 angeordnet ist, geschieht der Antrieb der Strömungsmaschine 22 als Wänneerzeuger über ein oder mehrere Zwischengetriebe 23, die zweckmäßigerweise als Kegelradgetriebe ausgebildet sind und über eine Verbindungswelle 24. Vom Wärmeerzeuger 22 führen das Rohrsystem 25 mit der erhitzten Flüssigkeit zu den einzelnen Heizkörpern 26, 27, 28 und 29.
• Durch das Rohrsystem 30 gelangt die in den Heizkörpern abgekühlte Flüssigkeit wieder in die Strömungsmaschine 22. Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Strömungsmaschine als Wärmeerzeuger 22 höher angeordnet ist als die Heizkörper 26, 27, 28 und 29, ist zur Unterstützung des Pumpwirkung des Rotors in der Strömungsmaschine eine zusätzliche, tiefer gelegene Pumpe 31 im Rückflußsystem 30 vorgesehen, um einen sicheren Kreislauf der Heizflüssigkeit zu gewährleisten.
• Fig. 4 zeigt schematisch ein Ausführnngsbeispiel, bei dem die Warmeerzeugw-lgianl.age durch die Achse eines Schienenfahrzeugs angetrieben wird.
• Die Übertragung der Drehbewegung von der Achse 32 auf die Strömungsmaschine 34 erfolgt z. B. über einen Zahnriementrieb 33. Dazu sind auf der Achse 32 das Zahnrad 35 und auf der Antriebswelle 36 der Strömungsmaschine das andere Zahnrad 37 angeordnet. Zweckmäßigerweise ist vor die Strömungsmaschine 34 eine schaltbare Kupplung 39 vorgesehen, um die Kraftübertragung unterbrechen zu können. Von der Strömungsmaschine führt die Leitung 40 zum Heizkörper 41, die Leitung 42 geht vom Heizkörper zur Strömungsmaschine zurück.

Claims (11)

1. Ansprüche Wärmeerzeugungsanlage zum ErwRrmen von Flüssigkeiten für Heizzwecke, bestehend aus einer StiEEingsöaschine, die mit mechanischer Energie angetrieben wird und die die mechanische Energie vollständig in Wärme umsetzt wodurch die Flüssigkeit in der Stromungsmaschine erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsmaschine (1) aus einem mit Schaufeln versehenen Rotor (2) (Turbine) und einem mit Schaufeln versehenen feststehenden Gehäuseteil (3) (Stator) besteht, wobei die Schaufeln beider Bauteile vorzugsweise gegenüberliegend, spiegelbildlich angeordnet sind, und daß die Drehbewegung des Rotors durch die Flüssigkeit zwischen den rotierenden und feststehenden Schaufeln abgebremst wird, und daß dabei die mechanische Energie in Wärme umgewandelt wird, wobei sich die Flüssigkeit erhitzt.
2. 2. Wärmeerzeugungsanlage nach Anspruchl, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in der Strömungsmaschine in einen thermischen Kreislauf integriert ist, der die Heizkörper (5) wie z. B. Radiatoren umfaßt, um die erzeugte Wärme für Heizzwecke nach außen hin abzugeben.
3. 3. WarmeerzeugungsanLage nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekenrzeichnet, daß der Kreislauf der Heizflüssigkeit von der Strömungsmaschine 1 in Richtung Heizkörper 5 aufgrund der Pumpwirkung des Rotors 2 in der Strömungsmaschine zustandekommt.
4. 4. Wärmeerzeugungsanlage nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmaschine, beispielsuXise ein Elektromotor (6) die Strömungsmaschine(j) als Wärmeerzeuger und der Wärmeta!scher als Heizkörper (5) in einer einzigen Baueinheit zusammengefaßt sind, so daß diese Baueinheit ein komplettes, unabhängiges Heizaggregat zum Beheizen eines Raumes bildet.
5. 5. Wänneerzeugungsanlage urter obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daR zur Regelung der Heizleistung in dem Flüssigkeitskreislauf ein Thermoschalter (7) angeordnet ist, der beim Antrieb durch einen Elektromotor bei Erreichen der gewünschten Temperatur den StrQmkreis unterbricht und damit den Elektromotor abschaltet.
6. 6. Wärmeerzeugungsanlage nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebsmaschine eine Bremskraftmaschine verwendet wird,wobei die Abgaswärme und die Kühlwasserwärme-der Bremskraftmaschine auch zu Heizzwecken herangezogen werden.
7. 7. Wärmeerzeugungsanlage nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsmaschine als Wärmeerzeuger von einer Windturbine über einen Übertragungsmechanismus, z. B. einem Getriebe angetrieben wird.
8. 8. Wärmeerzeugungsanlage nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß an die Strömungsmaschine als zentralen Wärmeerzeuger mehrere Heizkörper in verschiedenen räumlichen Entfernungen angeschlossen sind.
9. 9. Wärmeerzeugungsanlage nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsmaschine als Wärmeerzeuger für ein Fahrzeug; z. B. für einen Eisenbahnwagen von den Rädern bzw. Achsen dieses Fahrzeuges angetrieben wird.
10. 10. Wärmeerzeugungsanlage nach obigen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Heizleistung eine schaltbare Kupplung zwischen Antriebsmaschine und Strömungsmaschine angeordnet ist, die z. B. bei einem Antrieb durch die Achsen eines Fahrzeugs vorzugsweise im Bremsbetrieb die Verbindung zwischen Antrieb und Arbeitsmaschine herstellt, um die Bremswirkung zu erhöhen und/oder Antriebsenergie zu sparen.
11. 11. Wärmeerzeugungsanlage nach obigen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Heizleistung thermodvnemische Ventile in den Flüssigkeitskreislauf zwischen Strömungsmaschine und Heizkörper angeordnet sind, die die Durchflußmenge je Zeiteinheit in Abhängigkeit von der gewünschten Temperatur regeln und die beispielsweise nach dem Ausdehnungsprinzip arbeiten.