EP0207329A1 - Method and device for transforming electrical energy into heat energy - Google Patents
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- EP0207329A1 EP0207329A1 EP86107848A EP86107848A EP0207329A1 EP 0207329 A1 EP0207329 A1 EP 0207329A1 EP 86107848 A EP86107848 A EP 86107848A EP 86107848 A EP86107848 A EP 86107848A EP 0207329 A1 EP0207329 A1 EP 0207329A1
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- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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- H05B6/46—Dielectric heating
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/60—Heating arrangements wherein the heating current flows through granular powdered or fluid material, e.g. for salt-bath furnace, electrolytic heating
Definitions
- the invention relates to a method for converting electrical energy into thermal energy, in which electrical energy is supplied to an arrangement of two fixed electrodes and a dielectric between them, and a device for carrying out the method according to the preamble of claim 8.
- the dielectric is a solid body so that, in principle, resistance heating is formed.
- electric space heaters of this type have a comparatively low efficiency, so that their use is considered at best as an additional heater even with the currently extremely high costs for fossil fuels.
- these media In the treatment of granular bulk material in a high-frequency field (see DE-GM 17 10 650) or in the treatment and processing of highly abrasive materials in a high-frequency field (see GB-PS 617 333), these media have already been used as a dielectric, but it is essential that the dielectric itself is heated. Any application for heating purposes is neither intended nor is it actually done. Rather, the efficiency is too poor here, too, so that the principle could be used sensibly when heating any environment.
- the invention is based on the knowledge that, on the one hand, the dielectric is of essential importance and that, on the other hand, a method can be used in which high energy has to be supplied in an initial phase, but in which much less energy has to be supplied in a continuous operating phase than usual, so that overall a more favorable overall efficiency can be achieved at least after a certain time.
- the device according to the invention is further developed by the features of claims 5 to 1 0 .
- the Vorrich device 1 has a housing 2, which in the exemplary embodiment according to FIG. 1 consists of a pot-shaped vessel 3 / which is formed in one piece from the outer wall 7 of a container 6 for the medium 14 to be heated.
- a lid 4 which here has a neck projecting into the interior of the pot-shaped vessel 3, is firmly connected to the pot-shaped vessel 3 externally in a fluid-tight and pressure-tight manner via a seal 8 by means of screw connections 10.
- a dielectric 9 specifically a mixture of a high-purity metal and distilled water or transformer oil or the like.
- a steel electrode 11 through an insulating bushing 12 or a seal is through the lid 4 passed through, wherein the rod electrode 11 is also carried out fluid and pressure tight.
- 1 shows an embodiment in which two rod electrodes 11 of this type are provided.
- the two stick electrodes 11 are connected to a direct current power source 15. This type of connection is preferred, although it is possible to use a cup-shaped vessel 3 made of conductive material as an electrode.
- the current source 15 has a controller 16 by means of which a control of the current intensity can be achieved depending on the state of the dielectric 9.
- the mixture used for the dielectric 9 It is essential for the mixture used for the dielectric 9 that it is very intimate and uniform in the operating state. However, this can also be achieved before the filling, even after the filling, but if this is to be achieved after the filling, a higher energy expenditure is required during the initial operating phase significantly higher temperatures can occur. Furthermore, it is expedient to produce larger amounts of dielectric, for example using a suitable distillation apparatus, in such a way that a vapor phase of the mixture can be achieved at least in the continuous operating phase.
- the controller 16 controls the current source 15 in such a way that high electrical energy is supplied in an initial operating phase until the dielectric 9 in the pot-shaped vessel 3 oscillates at the resonance frequency. If this vibrational state is reached, it is sufficient to supply small amounts of energy in order to maintain the resonant vibrational state. This vibrational state continues on the vessel 3 and finally on the medium 14 to be heated and heats it. Care must be taken to ensure that the medium is rapidly circulated at the boundary layer between the medium 14 and the pot-shaped vessel 3 in order to avoid local overheating.
- the embodiment according to FIG. 2 is essentially similar to that according to FIG. 1.
- the pot-shaped vessel 3 of the housing 2 can be connected to the outer wall 7 of the container 6 by means of a screw connection 10 with the interposition of a seal 13.
- the structure corresponds essentially to that according to FIG. 1, only the shape of the insulating bushing differs in design terms from that according to FIG. 1, but the mode of operation is basically the same.
- the device according to FIG. 2 has a current source 17 for alternating current supply on.
- the current source 17 contains a high-frequency generator 19 and a rectangular source generator 20, so that the stick electrodes 11 are supplied with a high-frequency non-sinusoidal alternating current.
- a control 18 of the current source 17 also achieves here that after the resonant vibration state of the dielectric 9 has been reached, the energy is only supplied to the extent that this resonant vibration state is maintained.
- the design of the rod electrode 11 and the housing 2 can be freely selected insofar as it is ensured that, on the one hand, no chemical reactions occur between the rod electrode, dielectric and housing, and that the necessary pressure resistance and temperature resistance are also ensured for all operating states remains.
- Ceramic materials in particular glass materials, are suitable, for example, as insulating materials that can achieve high liquid tightness. But plastics with appropriate pressure resistance, chemical resistance and also temperature resistance are also suitable. Furthermore, it can also be considered to weld the lid 4 to the cup-shaped vessel 3 after filling with the dielectric 9 to the outside in a fluid-tight and pressure-tight manner. The insulation bushing can be melted or cast in.
- Pressure tightness of at least 300 bar, preferably 1000 bar and temperature resistance of approximately 1000 ° C. are expedient.
- the device according to the invention can be used wherever a medium 14 to be heated can also be removed again relatively quickly.
- the invention can be used where liquids and gases or the like. Flowable materials are to be heated.
- the device according to the invention can also be installed in existing systems, such as heating radiators or the like.
- a radiator A with electric heating has twelve fins (16 x 20 cm), corresponding to a simple heating surface of 1.152 m '.
- the electric radiator In a 24-hour operation, the electric radiator emits 24 x 2 x 860 kcal - 41,280 kcal. There were specific costs of 0.12 DM / kWh.
- a value of 6127 kcal / h corresponds to 6.73 operating hours.
- the 24-hour operation costs DM 5.76 in the former case, DM 4.80 (DM 0.70 / 1) in the second case and DM 2.02 in the third case (electricity costs at the applicant). It follows that, with a device according to the application, heating can be at least half cheaper than in conventional devices, in continuous operation. In addition, it is space-saving and low-noise and only requires the simplest and shortest supply lines. It can also be used at low operating temperatures.
- Non-sinusoidal current i.e. angular current in any form, in particular rectangular current, further increases the efficiency.
- the efficiency ratio compared to alternating current at 50 Hz is 1: 1.3 to 1.5.
- the high temperatures on the outside of the housing 2 that can in principle be achieved by the device according to the present invention also permit other applications. It appears possible to split the water or to apply the principle where steam is generated and converted into kinetic energy.
- the rod electrodes 11, as shown in FIG. 2 can be of different lengths and a conical insert containing the insulation feedthroughs can be used, which widens towards the inside of the vessel.
- the housing 2 can also be divisible near the end lying inside the container 6 and can be connected there firmly but releasably, for example via a screw connection.
- the rod electrodes 11 can be provided in whole or in part with sheet-like elements which increase the area.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umwandeln von elektrischer Energie in Wärmeenergie, bei dem elektrische Energie einer Anordnung aus zwei festen Elektroden und einem Dielektrikum zwischen diesen zugeführt wird, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.The invention relates to a method for converting electrical energy into thermal energy, in which electrical energy is supplied to an arrangement of two fixed electrodes and a dielectric between them, and a device for carrying out the method according to the preamble of claim 8.
Verfahren und Vorrichtungen dieser Art sind seit längerem bekannt. Im einfachsten Fall handelt es sich bei dem Dielektrikum um einen festen Körper so daß dem Prinzip nach eine Widerstandsheizung gebildet ist. Elektrische Raumheizungen dieser Art besitzen jedoch vergleichsweise niedrigen Wirkungsgrad,so daß deren Verwendung selbst bei den derzeit außerordentlich hohen Kosten für fossile Brennstoffe bestenfalls als Zusatzheizung in Betracht gezogen werden. Bei der Behandlung von körnigem Schüttgut in einem Hochfrequenzfeld (vgl. DE-GM 17 10 650) oder bei der Behandlung und Verarbeitung hochabrasiver Werkstoffe in einem Hochfrequenzfeld (vgl. GB-PS 617 333) wurden diese Medien bereits als Dielektrikum verwendete wobei es wesentlich ist daß das Dielektrikum selbst zur Erwärmung gebracht wird. Irgendeine Anwendung für Heizzwecke ist weder beabsichtigt noch erfolgt sie tatsächlich. Vielmehr ist auch hier der Wirkungsgrad zu schlecht, als das das Prinzip bei der Erwärmung von beliebigen Umgebungen sinnvoll verwendet werden könnte.Methods and devices of this type have long been known. In the simplest case, the dielectric is a solid body so that, in principle, resistance heating is formed. However, electric space heaters of this type have a comparatively low efficiency, so that their use is considered at best as an additional heater even with the currently extremely high costs for fossil fuels. In the treatment of granular bulk material in a high-frequency field (see DE-GM 17 10 650) or in the treatment and processing of highly abrasive materials in a high-frequency field (see GB-PS 617 333), these media have already been used as a dielectric, but it is essential that the dielectric itself is heated. Any application for heating purposes is neither intended nor is it actually done. Rather, the efficiency is too poor here, too, so that the principle could be used sensibly when heating any environment.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein bezüglich üblicher Raumheizungen mittels fossiler Brennstoffe konkurrenzfähiger Wirkungsgrad erreicht wird.It is therefore an object of the invention to design a method and a device of the type mentioned at the outset in such a way that an efficiency which is competitive with respect to conventional space heating using fossil fuels is achieved.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß einerseits wesentliche Bedeutung dem Dielektrikum zukommt und daß andererseits ein Verfahren angewendet werden kann, bei dem in einer Anfangsphase zwar hohe Energie zugeführt werden mußbei dem jedoch in einer Dauerbetriebsphase wesentlich weniger Energie zugeführt werden muß als üblich, so daß insgesamt zumindest nach einer bestimmten Zeit ein günstigerer Gesamtwirkungsgrad erreichbar ist.The invention is based on the knowledge that, on the one hand, the dielectric is of essential importance and that, on the other hand, a method can be used in which high energy has to be supplied in an initial phase, but in which much less energy has to be supplied in a continuous operating phase than usual, so that overall a more favorable overall efficiency can be achieved at least after a certain time.
Die Aufgabe wird bei dem Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved in the method by the characterizing features of claim 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die Merkmale der Ansprüche 2 oder 3 weitergebildet.The method according to the invention is developed by the features of
Bei der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird von üblichen Stabelektrodenheizungen (sog. Kathodenheizungen) ausgegangen, wobei die Lösung der Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 4 erreicht wird.In the device for carrying out the method, conventional stick electrode heaters (so-called cathode heaters) are assumed, the object being achieved by the characterizing features of claim 4 .
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird durch die Merkmale der Ansprüche 5 bis 10 weitergebildet.The device according to the invention is further developed by the features of
Wesentlich bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist, daß das besondere Dielektrikum in der Anfangsbetriebsphase, allerdings unter Aufwendung erheblicher Energie, in Resonanzschwingungen versetzt wird.It is essential in the procedure according to the invention that the special dielectric is set in resonance vibrations in the initial operating phase, but with the use of considerable energy.
Ist einmal dieser Resonanzschwingungszustand erreicht ist lediglich geringe Energie erforderliche um diesen Resonanzschwingungszustand aufrechtzuerhalten.Once this resonance state is reached, only low energy is required to maintain this resonance state.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist darin zu sehen, daß das anmeldungsgemäße Prinzip auch im Generatorbetrieb angewendet werden kann, zumindest dann, wenn der Resonanzschwingungszustand erreicht ist.Another important advantage is the fact that the principle according to the application can also be used in generator operation, at least when the resonance state has been reached.
Ferner ist davon auszugehen, daß es von erheblichem Vorteil ist, wenn mittels der gleichen Energiequelle der Resonanzschwingungszustand angesteuert wird, daß es jedoch auch möglich ist, diesen Resonanzschwingungszustand über eine andere Energiequelle anzusteuern.Furthermore, it can be assumed that it is of considerable advantage if the resonance oscillation state is controlled by means of the same energy source, but that it is also possible to control this resonance oscillation state via another energy source.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.The invention is explained using the exemplary embodiments shown in the drawing.
Es zeigen
- Fig. 1 im Schnitt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
- 1 in section a first embodiment of a device according to the invention,
- Fig. 2 shows a second embodiment of a device according to the invention.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1, die häufig auch Kathode genannt wird. Die Vorrichtung 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 aus einem topfförmigen Gefäß 3 besteht/das aus der Außenwand 7 eines Behälters 6 für das zu erwärmende Medium 14 einstückig ausgeformt ist. Ein Deckel 4, der hier einen in den Innenraum des topfförmigen Gefäßes 3 vorspringenden Hals besitzt, ist nach außen fluid- und druckdicht über eine Dichtung 8 mittels Schraubverbindungen 10 fest mit dem topfförmigen Gefäß 3 verbunden. Im Innenraum des durch den Deckel 4 verschlossenen topfförmigen Gefäßes 3 befindet sich ein Dielektrikum 9 und zwar eine Mischung aus einem hochreinen Metall und aus destilliertem Wasser oder Transformatorenöl oder dgl. Ferner ist durch den Deckel 4 eine Stahelektrode 11 über eine IsoLierdurchführung 12 bzw. eine Dichtung hindurchgeführt, wobei die Stabelektrode 11 ebenfalls fluid-und druckdicht durchgeführt ist. Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform, bei der zwei derartige Stabelektroden 11 vorgesehen sind. Die beiden Stabelektroden 11 sind an eine Gleichstrom-Stromquelle 15 angeschlossen. Diese Anschlußart ist vorzuziehen, obgleich die Möglichkeit besteht, ein aus leitendem Werkstoff bestehendes topfförmiges Gefäß 3 als eine Elektrode zu verwenden. Die Stromquelle 15 weist eine Steuerung 16 auf mittels der abhängig vom Zustand des Dielektrikums 9 eine Steuerung der Stromstärke erreichbar ist.1 shows a device 1 according to the invention, which is often also called a cathode. The Vorrich device 1 has a
Für die für das Dielektrikum 9 verwendete Mischung ist wesentlich daß diese im Betriebszustand sehr innig und gleichmäßig ist. Dies kann bereits vor dem Einfüllen jedoch auch nach dem Einfüllen erreicht werden, jedoch ist dann, wenn dies nach dem Einfüllen erreicht werden soll, ein höherer Energieaufwand während der Anfangsbetriebsphase erforderlich wobei deutlich höhere Temperaturen auftreten können. Ferner ist es zweckmäßig, größere Mengen an Dielektrikum etwa mit einem geeigneten Destillationsapparat herzustellen derart, daß eine Dampfphase der Mischung zumindest in der Dauerbetriebsphase erreicht werden kann.It is essential for the mixture used for the dielectric 9 that it is very intimate and uniform in the operating state. However, this can also be achieved before the filling, even after the filling, but if this is to be achieved after the filling, a higher energy expenditure is required during the initial operating phase significantly higher temperatures can occur. Furthermore, it is expedient to produce larger amounts of dielectric, for example using a suitable distillation apparatus, in such a way that a vapor phase of the mixture can be achieved at least in the continuous operating phase.
Die Steuerung 16 steuert die Stromquelle 15 derart, daß in einer Anfangsbetriebsphase hohe elektrische Energie zugeführt wird, bis das Dielektrikum 9 im topfförmigen Gefäß 3 in Schwingungen mit der Resonanzfrequenz gerät. Ist dieser Schwingungszustand erreicht, genügt es, geringe Energiemengen zuzuführen, um den Resonanzschwingungszustand aufrechtzuerhalten. Dieser Schwingungszustand setzt sich auf das Gefäß 3 und schließlich auf das zu erwärmende Medium 14 fort und erwärmt dieses. Dabei ist darauf zu achten, daß an der Grenzschicht zwischen Medium 14 und topfförmigem Gefäß 3 eine schnelle Umwälzung des Mediums erfolgt, um örtliche Überhitzungen zu vermeiden.The
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist in wesentlichem Umfang ähnlich dem gemäß Fig. 1. Jedoch ist das topfförmige Gefäß 3 des Gehäuses 2 mittels einer Schraubverbindung 10 mit der Außenwand 7 des Behälters 6 unter Zwischenschaltung einer Dichtung 13 verbindbar. Im übrigen entspricht der Aufbau im wesentlichen dem gemäß Fig. 1, lediglich die Form der Isolierdurchführung unterscheidet sich in konstruktiver Hinsicht von der gemäß Fig. 1, jedoch ist die Wirkungsweise im Prinzip die gleiche.The embodiment according to FIG. 2 is essentially similar to that according to FIG. 1. However, the pot-
Darüberhinaus weist die Vorrichtung gemäß Fig. 2 eine Stromquelle 17 für Wechselstromversorgung auf. Die Stromquelle 17 enthält einen Hochfrequenzgenerator 19 und einen Rechteckquellengenerator 20,so daß die Stabelektroden 11 mit einem hochfrequenten nicht-sinusförmigen Wechselstrom versorgt werden. Eine Steuerung 18 der Stromquelle 17 erreicht auch hier, daß nach Erreichen des Resonanzschwingungszustandes des Dielektrikums 9 die Energie nur noch in dem Maß zugeführt wird, daß dieser Resonanzschwingungszustand aufrechterhalten bleibt.In addition, the device according to FIG. 2 has a
Es ist davon auszugehen, daß die konstruktive Ausbildung der Stabelektrode 11 und des Gehäußes 2 insoweit frei wählbar ist, als sichergestellt ist, daß zum Einen keine chemischen Reaktionen zwischen Stabelektrode, Dielektrikum und Gehäuse auftreten und daß ferner für alle Betriebszustände die notwendige Druckfestigkeit und Temperaturfestigkeit sichergestellt bleibt.It can be assumed that the design of the
Als Isoliermaterialien die hohe Flüssigkeitsdichtheit erreichen können sind beispielsweise Keramikwerkstoffe, insbesondere Glaswerkstoffe, geeignet. Aber auch Kunststoffe mit entsprechender Druckfestigkeit, Chemikalienbeständigkeit und auch Temperaturbeständigkeit sind geeignet. Ferner kann auch daran gedacht werden, den Deckel 4 mit dem topfförmigen Gefäß 3 nach Füllung mit dem Dielektrikum 9 nach außen fluid- und druckdicht zu verschweißen. Die Isolierdurchführung kann eingeschmolzen oder eingegossen sein.Ceramic materials, in particular glass materials, are suitable, for example, as insulating materials that can achieve high liquid tightness. But plastics with appropriate pressure resistance, chemical resistance and also temperature resistance are also suitable. Furthermore, it can also be considered to weld the lid 4 to the cup-
Zweckmäßig sind Druckdichtigkeiten von mindestens 300 bar vorzugsweise 1000 bar und Temperaturbeständigkeiten von etwa 1000 °C.Pressure tightness of at least 300 bar, preferably 1000 bar and temperature resistance of approximately 1000 ° C. are expedient.
Wie erwähnt, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung überall dort eingesetzt werden, wo ein zu erwärmendes Medium 14 auch vergleichsweise schnell wieder abgeführt werden kann. D.h. die Erfindung ist dort anwendbar, wo Flüssigkeiten und Gase oder dgl. fließfähige Materialen erwärmt werden sollen. Somit ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch in bestehende Anlagen, etwa Heizradiatoren oder dgl., einbaubar.As mentioned, the device according to the invention can be used wherever a
Die Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand einer von den Erfindern betriebenen Versuchseinrichtung im Vergleich mit einer üblichen Radiatorenheizung erläutert. Ein Radiator A mit Elektroheizung weist zwölf Rippen (16 x 20 cm) auf entsprechend einer einfachen Heizfläche von 1,152 m'. Für eine Betriebstemperatur vonThe advantages of the invention are explained below on the basis of a test facility operated by the inventors in comparison with a conventional radiator heater. A radiator A with electric heating has twelve fins (16 x 20 cm), corresponding to a simple heating surface of 1.152 m '. For an operating temperature of
68 °C war eine Eingangsleistung von 2000 Wh erforderlich.An input power of 2000 Wh was required at 68 ° C.
Bei herkömmlichen Heizradiatoren mit insgesamt 57 Rippen (16 x 25 cm) ergab sich eine einfache Heizfläche von 4,104 m2. Für eine Betriebstemperatur von 68 °C war eine Anfangsleistung von 2500 Wh erforderlich.A conventional heating radiator with a total of 57 fins (16 x 25 cm) resulted in a simple heating area of 4.104 m 2 . An initial output of 2500 Wh was required for an operating temperature of 68 ° C.
Somit ergab sich ein Flächenverhältnis der Heizflächen von 3,5625 und ein Verhältnis der Eingangsleistungen von 0,8. D.h., daß bei gleicher Betriebstemperatur und korrigiert mit der unterschiedlichen Eingangsleistung ein Leistungsverhältnis von 1 : 2,85 erreichbar war.This resulted in an area ratio of the heating areas of 3.5625 and a ratio of the input powers of 0.8. This means that at the same operating temperature and corrected with the different input power, a power ratio of 1: 2.85 was achievable.
Bei einem 24 h-Betrieb gibt der Elektro-Radiator 24 x 2 x 860 kcal - 41.280 kcal ab. Es ergaben sich spezifische Kosten von 0,12 DM/kWh.In a 24-hour operation, the electric radiator emits 24 x 2 x 860 kcal - 41,280 kcal. There were specific costs of 0.12 DM / kWh.
Bei einem ölbrenner, bei dem pro Liter Heizöl nach Abzug der Kessel-, Umwälz- und Kaminverluste mit 6000 kcal gerechnet werden kann ergibt sich ein Bedarf an 6,88 1 Heizöl.In the case of an oil burner in which 6000 kcal per liter of heating oil can be calculated after deducting the boiler, circulation and chimney losses, this results in a requirement of 6.88 liters of heating oil.
Bei einer die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendeten Heizeinrichtung ergibt sich ein Wert von 6127 kcal/h entsprechend 6,73 Betriebsstunden. Ausgehend von den derzeitigen Kosten ergeben sich im 24 Stundenbetrieb im ersteren Fall Kosten von DM 5,76, im zweiten Fall Kosten von DM 4,80 (DM 0,70/1) und im dritten Fall Kosten von DM 2,02 (Stromkosten bei der Anmelderin). Daraus folgt, daß mit einer anmeldungsgemäßen Vorrichtung zumindest im Dauerbetrieb um die Hälfte billiger geheizt werden kann als bei herkömmlichen Geräten. Darüberhinaus ist sie raumsparend und geräuscharm und erfordert nur einfachste und kurze Zuleitungen. Sie ist auch bei niedrigen Betriebstemperaturen anwendbar.In the case of a heating device used in the device according to the invention, a value of 6127 kcal / h corresponds to 6.73 operating hours. Based on the current costs, the 24-hour operation costs DM 5.76 in the former case, DM 4.80 (DM 0.70 / 1) in the second case and DM 2.02 in the third case (electricity costs at the applicant). It follows that, with a device according to the application, heating can be at least half cheaper than in conventional devices, in continuous operation. In addition, it is space-saving and low-noise and only requires the simplest and shortest supply lines. It can also be used at low operating temperatures.
Bei Verwendung von Frequenzgeneratoren (Ausführung gemäß Fig. 2) ist der Wirkungsgrad wesentlich günstiger.. Nicht-sinusförmiger Strom d.h. eckiger Strom in beliebiger Forminsbesondere Rechteckstrom,erhöht den Wirkungsgrad weiter. Im Vergleich zu einer Gleichstromversorgung (Dauerbetriebsphase) ergibt sich ein Wirkungsgradverhältnis gegenüber Wechselstrom mit 50 Hz von 1 : 1,3 bis 1,5.When using frequency generators (version according to FIG. 2), the efficiency is considerably more favorable. Non-sinusoidal current, i.e. angular current in any form, in particular rectangular current, further increases the efficiency. Compared to a direct current supply (continuous operation phase), the efficiency ratio compared to alternating current at 50 Hz is 1: 1.3 to 1.5.
Bezüglich des Betriebes in der Dauerbetriebsphase ist noch daraufhinzuweisen, daß es genügt die Resonanzschwingung immer nur dann anzuregen, bevor in der Abklingphase die Schwingung soweit abgeklungen ist, daß eine Wiedererregung ohne großen Energieaufwand wie bei einer Anfangsbetriebsphase nicht mehr möglich ist. D.h., daß die Steuerung so arbeiten kann, daß eine intermittierende Versorgung mit Energie zur Aufrechterhaltung der Resonanzschwingung möglich ist. Jedoch kann die Versorgung auch kontinuirlich erfolgen. Wesentlich ist, wie erwähnt, daß in der Dauerbetriebsphase nur soviel Energie zugeführt wird, daß die Resonanzschwingung als solche aufrechterhalten bleibt.With regard to operation in the continuous operation phase, it should also be pointed out that it is sufficient to excite the resonance oscillation only before the oscillation has decayed in the decay phase to such an extent that re-excitation is no longer necessary without a large amount of energy as in an initial operation phase is possible. This means that the control can work in such a way that an intermittent supply of energy is possible to maintain the resonance oscillation. However, the supply can also be continuous. It is important, as mentioned, that only so much energy is supplied in the continuous operating phase that the resonance oscillation as such is maintained.
Die im Prinzip durch die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erreichbaren hohen Temperaturen an der Außenseite des Gehäuses 2 erlauben auch andere Anwendungsfälle. Es erscheint möglich, eine Wasserspaltung durchzuführen, bzw. das Prinzip auch dort anzuwenden, wo Dampf erzeugt und in Bewegungsenergie umgesetzt wird.The high temperatures on the outside of the
Selbstverständlich sind noch andere Ausführungsformen der Erfindung mögliche beispielsweise können die Stabelektroden 11, wie in Fig. 2 dargestellt, unterschiedlich lang sein und kann ein konusförmiger die Isolierdurchführungen enthaltender Einsatz verwendet werden, der sich nach innerhalb des Gefäßes erweitert. Ferner kann das Gehäuse 2 auch nahe dem im Innern des Behälters 6 liegenden Ende teilbar und dort fest aber lösbar verbindbar sein, etwa über eine Schraubverbindung. Ferner können die Stabelektroden 11 ganz oder teilweise mit flächenvergrößemden blattförmigen Elementen versehen werden.Of course, other embodiments of the invention are possible, for example, the
Claims (10)
zwischen diesen zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Dielektrikum (9) eine unter Druck stehende nach außen dicht abgeschlossene Mischung aus einem hochreinen Metall und aus destilliertem Wasser oder Transformatorenöl oder dgl. verwendet wird, daß in der Anfangsbetriebsphase das Dielektrikum (9) zum Schwingen mit der Resonanzfrequenz gebracht wird und
daß in der Dauerbetriebsphase nurmehr soviel elektrische Energie zugeführt wird, daß die Schwingung mit der Resonanzfrequenz aufrechterhalten bleibt.1. A method for converting electrical energy into thermal energy, in which electrical energy is an arrangement of two fixed electrodes and a dielectric
is fed between these
characterized,
that as a dielectric (9) a pressurized, tightly sealed mixture of a high-purity metal and distilled water or transformer oil or the like is used. In the initial operating phase, the dielectric (9) is made to vibrate at the resonance frequency and
that only so much electrical energy is supplied in the continuous operating phase that the oscillation is maintained at the resonance frequency.
daß das Dielektrikum (9) mittels eines Stromstoßes, mit frequentem, vorzugsweise hochfrequentem Strom oder mit nicht-sinusförmigem Strom vorzugsweise Rechteckwellenstrom zum Schwingen gebracht wird, wobei in der Dauerbetriebsphase die elektrische Energie kontinuierlich oder intermittierend zugeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that
that the dielectric (9) is caused to oscillate by means of a surge, with frequent, preferably high-frequency current or with non-sinusoidal current, preferably square wave current, the electrical energy being supplied continuously or intermittently in the continuous operating phase.
daß das Dielektrikum (9) unter einem Druck von über 300 bar, vorzugsweise etwa 1000 bar, steht.3. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that
that the dielectric (9) is under a pressure of over 300 bar, preferably about 1000 bar.
Wärmeenergie, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
mit einem nach außen dichten Gehäuse,
mit mindestens einer Stabelektrode in dem Gehäuse, das in dieses elektrisch isoliert durchgeführt ist, mit einem Dielektrikum (9) als Füllung des Gehäuses
und mit einer Stromquelle (15, 17), die an die Stabelektrode und entweder an das aus leitendem Werkstoff bestehende Gehäuse oder an eine von der ersten Stabelektrode elektrisch isolierte weitere Stabelektrode angeschlossen
ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum (9) eine unter Druck stehende und nach außen dicht abgeschlossene Mischung aus einem hochreinem Metall und aus destilliertem Wasser oder Transformatorenöl oder dgl. ist, und daß die Stromquelle (15, 17) so ausgebildet ist, daß sie in einer Anfangsbetriebsphase elektrische Energie in einem solchen Ausmaß zuführt, daß das Dielektrikum (9) in Schwingungen versetzt wird und abhängig vom Erreichen der Resonanzfrequenz des Dielektrikums (9) in eine Dauerbetriebsphase übergeht, in der sie elektrische Energie in einem solchen Ausmaß zuführt, daß die Resonanzschwingung aufrechterhalten bleibt.4. Device for converting electrical energy into
Thermal energy, to carry out the method according to one of claims 1 to 3,
with an externally sealed housing,
with at least one stick electrode in the housing, which is carried out electrically insulated therein, with a dielectric (9) as the filling of the housing
and with a current source (15, 17) which is connected to the stick electrode and either to the housing consisting of conductive material or to a further stick electrode electrically insulated from the first stick electrode
is characterized in that the dielectric (9) is a pressurized and tightly sealed mixture of a high-purity metal and distilled water or transformer oil or the like, and that the power source (15, 17) is designed such that in an initial operating phase it supplies electrical energy to such an extent that the dielectric (9) is set in vibration and, depending on the resonance frequency of the dielectric (9) being reached, goes into a continuous operating phase in which it supplies electrical energy to such an extent that the resonance vibration is maintained.
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (2) durch ein topfförmiges Gefäß (3) und einen mit diesem nach außen fluid- und druckdicht verbindbaren Deckel (4) gebildet ist, in dem die mindestens eine Stabeleketrode (11) mittels einer IsolierdurchfUhrung (12) nach außen fluid-und druckdicht eingesetzt ist.5. The device according to claim 4,
characterized,
that the housing (2) is formed by a pot-shaped vessel (3) and a cover (4) which can be connected to it in a fluid-tight and pressure-tight manner, in which the at least one rod electrode (11) is fluidly connected to the outside by means of an insulating bushing (12). and is used pressure-tight.
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gefäß (3) einen Umfangsflansch (5) aufweist, mittels dem es in einen Behälter (6) für ein zu erwärmendes Medium (14) einbaubar ist.6. The device according to claim 5,
characterized,
that the vessel (3) has a peripheral flange (5), by means of which it can be installed in a container (6) for a medium (14) to be heated.
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gefäß (3) in der Außenwand (7) eines Behälters (6) für ein zu erwärmendes Medium (14) einteilig ausgebildet ist.7. The device according to claim 5,
characterized,
that the vessel (3) in the outer wall (7) of a container (6) for a medium (14) to be heated is formed in one piece.
gekennzeichnet durch
eine Druckfestigkeit von Gefäß (3), Deckel (4), Dichtung (8) zwischen Gefäß (3) und Deckel (4) und Isolierdurchführung (12) von mindestens etwa 300 bar, vorzugsweise über 1000 bar, und/oder eine Temperaturfestigkeit von Gefäß (3), Deckel (4), Dichtung (8) zwischen Gefäß (3) und Deckel (4) und Isolierdurchführung (12) von mindestens etwa 1000 °C.8. Device according to one of claims 4 to 7,
marked by
a pressure resistance of the vessel (3), lid (4), seal (8) between the vessel (3) and lid (4) and insulating bushing (12) of at least about 300 bar, preferably over 1000 bar, and / or a temperature resistance of the vessel (3), lid (4), seal (8) between the vessel (3) and lid (4) and insulating bushing (12) of at least about 1000 ° C.
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gefäß (3) aus nichtleitendem Material wie aus einem Keramik- insbesondere Glaswerkstoff besteht und daß mindestens zwei Stabelektroden (11) vorgesehen sind.9. Device according to one of claims 4 to 8,
characterized,
that the vessel (3) consists of non-conductive material such as a ceramic material, in particular glass material, and that at least two stick electrodes (11) are provided.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stromquelle (17) einen Frequenzgenerator, vorzugsweise einen Hochfrequenzgenerator (19) enthält, oder einen Generator nicht-sinusförmigen Stroms, vorzugsweise einen Rechteckwellengenerator (20) enthält, oder Gleichstom abgibt und einen Staßatromgenerator aufweist, wobei die Stromquelle (15, 17) in der Dauerbetriebsphase den elektrischen Strom kontinuierlich oder intermittierend zufUhrt.10. The device according to one of claims 4 to 9,
characterized,
that the current source (17) contains a frequency generator, preferably a high-frequency generator (19), or a generator of non-sinusoidal current, preferably a square wave generator (20) contains, or emits direct current and has a stress atomic generator, the current source (15, 17) supplying the electrical current continuously or intermittently in the continuous operating phase.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19853521102 DE3521102A1 (en) | 1985-06-12 | 1985-06-12 | METHOD AND DEVICE FOR CONVERTING ELECTRICAL ENERGY INTO HEATING ENERGY |
| DE3521102 | 1985-06-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EP0207329A1 true EP0207329A1 (en) | 1987-01-07 |
Family
ID=6273101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EP86107848A Withdrawn EP0207329A1 (en) | 1985-06-12 | 1986-06-09 | Method and device for transforming electrical energy into heat energy |
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|---|---|
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| DE (1) | DE3521102A1 (en) |
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