DE3642887A1 - Hydrodynamische heizvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Heizvorrichtung bei einem Heizsystem mit strömender Flüssigkeit als Heizmedium, zur Erwärmung des strömenden Heizmediums und gleichzeitig zur Erzeugung der zur Umwälzung des Heizmediums notwendigen Druckdifferenz.

Unter den verschiedenen Zentralheizungssystemen sind diejenigen Lösungen am meisten verbreitet, wo die in herkömmlicher Weise ausgebildeten statischen Wärmequellen mit Flüssigkeit durchströmt werden und das so erwärmte Heizmedium zur Stelle der Verwendung, d. h. der Wärmenutzung geleitet, schliesslich das abgekühlte Heizmedium zur Wärmequelle zurückgeführt wird. Als Wärmequelle können durch Verbrennung von Heizstoffen verschiedenen Aggregatzustandes, z. B. von Kohlenwasserstoffen betriebene Kessel sowie mit elektrischer Energie beheizte Flüssigkeitsbehälter in Frage kommen. Als wärmetragendes Medium (Heizmedium) wird in erster Linie Wasser, seltener Öl bzw. syntehtisches Öl verwendet, deren Strömung in den Heizsystemen infolge der Dichtenunterschied (auf gravitetivem Wege) oder durch die Betätigung von entsprechend bemessenen Umwälzpumpen bewirkt wird.

Die durch die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen betriebenen, flüssiges Heizmedium umwälzenden Heizungen (Heizsystemen) arbeiten im allgemeinen mit einem schlechten Wirkungsgrad und ähnlicherweise ist die Verwendung der elektrischen Energie in Wassererhitzern (Boylern) hoher Leistung ebenfalls nicht wirtschaftlich. Die zu den obigen Heizsystemen notwendigen Investitionen sind sehr kostenaufwendig und darüber hinaus werden zur Einspeisung des Heizmediums in die Heizsysteme bzw. zur Umwälzung (Strömung) des Heizmediums in diesen Systemen zusätzliche Pumpen benötigt.

Es sind auch verschiedene Heizverfahren mit wärmespeichernden Systemen bekannt, deren grösster Nachteil darin besteht, dass die Wärme aus dem wärmeisolierten Raum durch Luftmischung hinausgeführt wird. Die konzentrierte Erwärmung mit grosser Leistung bzw. die langsame Abkühlung hat die Ungleichmässigkeit der Heizung und die Verschlechterung ihres Wirkungsrades zur Folge.

Es ist grundsätzlich kennzeichnend für alle bisher erwähnten Wärmequellen, dass sie einen durch die von einer Energiequelle erzeugten Wärme aufgeheizten Wärmeübertragungskörper (Kessel, Rohrsystem, Heizspirale) aufweisen, die die Wärme an das mit ihnen in Berührung stehende Heizmedium übertragen. Dieser Vorgang setzt voraus, dass innerhalb der Wärmequelle das in dem gegebenen Heizsystem umgewälzte Heizmedium die niedrigste Temperatur aufweist, was den Wirkungsgrad des Heizsystems entscheidend beeinflusst.

Die Aufgabe der Erfindung ist die Behebung der Nachteile der von früher bekannten Heizsystemen und die Schaffung einer wirtschaftlich arbeitenden Heizvorrichtung für mit strömendem Heizmedium betriebene Heizsysteme, welche Vorrichtung gleichzeitig aber auch zur Erzeugung der zur Umwälzung des Heizmediums benötigten Druckdifferenz geeignet ist.

Zur Grundlage der Erfindung liegt die Erkenntnis, dass sich in hydrodynamischen Systemen die Reibungs-, Richtungsänderungs- und andere Verluste der kinetischen Energie des Arbeitsmediums in Wärme umwandeln, die die Arbeitsflüssigkeit und dadurch auch die Umgebung erwärmt, in diesem Vorgang weist also das in das Heizsystem gelangende Heizmedium (Arbeitsflüssigkeit) die höchste Temperatur auf. Die Erwärmung des Mediums erfolgt infolge eines hydrodynamischen Vorganges, der für alle hydrodynamische Kraftübertragungssysteme kennzeichnend ist.

Erfindungsgemäss ist derjenige spezielle Fall der hydrodynamischen Kraftübertragungssysteme für die Zwecke einer wirtschaftlich arbeitenden hydrodynamischen Heizvorrichtung geeignet, bei welchem das Pumpenrad mit der Welle des Antriebsmotors drehfest verbunden ist, während das mit dem Pumpenrad im gemeinsamen Gehäuse, dem Pumpenrad gegenüber angeordnete Turbinenrad feststehend starr befestigt ist, wobei das das Pumpenrad und das Turbinenrad aufnehmende Gehäuse Öffnungen, zweckmässigerweise Stutzen, für den Eintritt des Heizmediums in das Gehäuse bzw. für den Austritt des Heizmediums aus dem Gehäuse aufweist. Das aus dem Heizsystem ankommende (abgekühlte) Heizmedium (Arbeitsflüssigkeit) tritt zweckmässigerweise koaxial mit der Welle des Antriebsmotors der hydrodynamischen Heizvorrichtung in das den Arbeitsraum umgebende Gehäuse und tritt in einer auf die Welle des Antriebsmotors senkrechten Richtung aus dem Gehäuse in das Heizsystem hinaus. Der Austritt der Flüssigkeit in das Heizsystem und ihre Umwälzung in diesem System wird durch das infolge der Drehung des Pumprades entstehende zentrifugale Kraftfeld gewährleistet, das zwischen dem Eintrittsstutzen und dem Austrittsstutzen des Gehäuses eine die Zirkulation des flüssigen Heizmediums im Heizsystem sichernde Druckdifferenz erzeugt.

Erfindungsgemäss ist es zweckmässig, wenn die hydrodynamische Heizvorrichtung mit elektrischem und/oder mechanischem Temperaturschutz sowie notwendigerfalls auch mit Überdrucksicherung versehen ist.

Erfindungsgemäss ist es ebenfalls zweckmässig, wenn die Heizvorrichtung mit einer die Anlassung des Antriebsmotors notwendigerfalls sperrenden bzw. regelnden Vorrichtung versehen ist.

Die Erfindung wird ausführlicher aufgrund eines Ausführungsbeispiels, mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung erläutert, deren einzige Figur die Seitenansicht einer erfindungsgemässen hydrodynamischen Heizvorrichtung darstellt, teilweise im Schnitt.

Wie es in der Figur ersichtlich ist, weist die erfindungsgemässe Heizvorrichtung einen Antriebsmotor 1, gegebenenfalls einen elektrischen Antriebsmotor auf, auf dessen Welle ein Pumpenrad 2 angebracht ist, das durch die Welle gedreht wird. Gegenüber dem Pumpenrad 2 ist ein Turbinenrad 3 angeordnet, das an einem das Pumpenrad 2 und das Turbinenrad 3 gemeinsam umgebenden Gehäuse 4 starr befestigt ist. Das Gehäuse ist im gegebenen Ausführungsbeispiel mit dem feststehenden Teil des elektrischen Antriebsmotors 1 starr verbunden. Die aus dem Heizsystem ankommende Arbeitsflüssigkeit (Heizmedium) tritt zweckmässigerweise an der Stelle des kleinsten Widerstandes, d. h. in der Achslinie der Welle des Antriebsmotors 1, an der Seite des Turbinenrades 3, über einen Eintrittsstutzen, der an das mit einem Abschlussorgan 10 versehene Einlaufrohr 8 angeschlossen ist, in das den Arbeitsraum der Heizvorrichtung umgebende Gehäuse 4 hinein und tritt senkrecht auf die Welle des Antriebsmotorss 1, über einen am Umfang des Gehäuses 4, an der Seite des Pumpenrades 2 ausgebildeten Austrittsstutzen bzw. über das diesem angeschlossene, ebenfalls mit einem Abschlussorgan 10 versehene Auslaufrohr 9 aus dem Gehäuse in das Heizsystem hinaus.

Wie es schon früher erläutert wurde, arbeitet die erfindungsgemässe Heizvorrichtung in der Weise, dass der elektrische Antriebsmotor 1 das Pumpenrad 2 in Drehung versetzt, das mit dem feststehenden Turbinenrad 3 zusammenwirkend im Arbeitsraum die Reibungs- und Richtungsänderungsverluste sowie andere Verluste des als Arbeitsflüssigkeit dienenden Heizmediums in Wärme umwandelt, und das so erwärmte Heizmedium infolge des durch die Drehung des Pumpenrades 2 entstehenden zentrifugalen Kraftfeldes in das Heizsystem austreten kann und dort entweder dem Widerstand des Systems entsprechend oder in einem vorbestimten Volumenstrom umgewälzt wird.

Zur Verhinderung einer wegen eventueller Betriebsstörung auftretenden Überhitzung ist die erfindungsgemässe Heizvorrichtung mit elektrischem Temperaturschutz 5 sowie mit mechanischen Temperaturschutz 6 (z. B. Schraube mit Schmelzeinsatz) versehen. Notwendigerfalls ist die hydrodynamische Heizvorrichtung auch mit anderen Schutzmitteln, z. B. mit einer mit Berstscheibe ausgerüsteten Schraube zum Schutz gegen Überdruck versehen. Der Schalter 7 des elektrischen Antriebsmotors 1 kann einerseits über ein Übertragungsglied 7′ durch den in geschlossener Lage befindlichen Verschlussarm 10′ der in das Einlaufrohr 8 bzw. in das Auslaufrohr 9 eingebauten Abschlussorgane 10 und andererseits gegebenenfalls durch den elektrischen Temperaturschutz 5 verriegelt werden.

Die Entweichung des Heizmediums (der Arbeitsflüssigkeit) aus dem Gehäuse 4 entlang der Wellenhülse 11 (oder der Welle selbst) wird durch Dichtungen 12 verhindert.

Die hydrodynamischen Heizvorrichtungen bzw. Heizsysteme können sowohl in stabiler als auch (in mobiler als) auch in mobiler Form (z. B. mit einem Diesel-Motor-Antrieb) ausgeführt werden und können an bereits ausgebaute Heizsysteme notwendigerfalls auch vorübergehend angeschlossen werden. Mit der erfindungsgemässen hydrodynamischen Heizvorrichtung kann sowohl die Heizung von Familienhäusern als auch der Betrieb von grösseren Wärmezentralen effektiv und wirtschaftlich gelöst werden.

Claims (4)

1. Hydrodynamische Heizvorrichtung bei einem Heizsystem mit strömender Flüssigkeit als Heizmedium, zur Erwärmung des strömenden Heizmediums und gleichzeitig zur Erzeugung der zur Umwälzung des Heizmediums notwendigen Druckdifferenz, enthaltend einen Antriebsmotor, ein Pumpenrad sowie ein mit dem letzteren in gemeinsamen Gehäuse angeordnetes Turbinenrad, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenrad (2) mit der Welle des Antriebsmotors (1) drehfest verbunden ist, während das mit dem Pumpenrad (2) im gemeinsamen Gehäuse (4), dem Pumpenrad (2) gegenüber angeordnete Turbinenrad (3) feststehend, starr befestigt ist, wobei das das Pumpenrad (2) und das Turbinenrad (3) aufnehmende Gehäuse (4) Öffnungen, zweckmässigerweise Stutzen, für den Eintritt des Heizmediums in den Arbeitsraum des Gehäuses bzw. für den Austritt des Heizmediums aus dem Gehäuse aufweist.

2. Hydrodynamische Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung des Heizmediums in dem das Pumpen- und Turbinenrad (2, 3) umgebenden Gehäuse (4) in der Achslinie der Welle des Antriebsmotors (1), an der Seite des Turbinenrades (3), während die Austrittsöffnung des Heizmediums senkrecht auf die Welle des Antriebsmotors (1), auf dem Umfang des Gehäuses (4), an der Seite des Pumpenrades (2) ausgebildet ist.

3. Hydrodynamische Heizvorrichtung, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit elektrischem Temperaturschutz (5) und/oder mechanischen Temperaturschutz (6) versehen ist und notwendigerfalls mit einer mit Berstscheibe versehenen Schraube als Überdrucksicherung ausgerüstet ist.

4. Hydrodynamische Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer die Anlassung des Antriebsmotors (1) notwendigerfalls sperrenden bzw. regelnden Vorrichtung (7, 7′, 10′) versehen ist.