WO2011082442A2 - Vorrichtung zur erwärmung eines fluids - Google Patents

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WO2011082442A2
WO2011082442A2 PCT/AT2011/000010 AT2011000010W WO2011082442A2 WO 2011082442 A2 WO2011082442 A2 WO 2011082442A2 AT 2011000010 W AT2011000010 W AT 2011000010W WO 2011082442 A2 WO2011082442 A2 WO 2011082442A2
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    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/10—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium
    • F24H1/101—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium using electric energy supply
    • F24H1/106—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium using electric energy supply with electrodes
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    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/225—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating electrical central heating boilers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/08—Electric heater

Definitions

  • the invention relates to a device for heating a fluid, comprising a housing comprising a housing shell, a housing bottom and a housing cover, with at least one inlet opening and at least one drain opening for the fluid, wherein in the housing at least two electrodes, in particular at least one anode and at least one cathode, which are arranged at a distance from each other, which are electrically conductively connected to one pole of at least one pulse generator, a heating system comprising at least one conveyor for a first fluid, at least one device for heating a fluid, at least one heat exchanger, in which the generates heat from the fluid is transferred to another fluid, as well as the use of the device for heating a fluid.
  • Methods for electric heating are already known from the prior art.
  • This device comprises a housing made of a dielectric material, which is provided with a molded cylindrical conical cam with through-hole, which forms the anode or cathode space together with the housing.
  • the anode is designed as a flat ring with openings, located in the anode compartment and is connected to the positive terminal of the supply source.
  • the rod-shaped cathode is made of heat-resistant material and is inserted into a dielectric threaded rod with which it can be used by a threaded hole in the housing in the inter-electrode chamber, centered in the cover through-hole and connected to the negative terminal of the supply source.
  • the inlet connection for the working solution is located in the middle part of the anode compartment.
  • the object of the invention is achieved in each case independently by the device mentioned above for heating a fluid, the heating system and the use of the device according to the invention for heating a building, wherein the pulse generator is designed to deliver variable voltage pulses, and the heating system at least one inventive Device for heating a fluid comprises. Due to the voltage pulses applied to the fluid, a vibrational behavior of the molecules is excited in the system, that is to say in the molecular structure of the fluid. It is thus disturbed the order of the molecules present in the fluid, the molecules striving to restore this order state, which is dependent on the respective temperature of the fluid.
  • the pulse generator generates voltage pulses whose amplitude is selected from a range with a lower limit of 330 V, in particular 500 V, and an upper limit of 1500 V, in particular 1200 V. This range is advantageous when As the heat transfer medium, that is, as a fluid, water is used to improve its heating.
  • the pulse generator comprises a random generator which can be configured in terms of hardware or software, by means of which the voltage pulses can be made variable.
  • the pulse generator generates voltage pulses with a steep rising edge of at least 25 ⁇ / ⁇ 8.
  • the pulse generator is designed to emit rectangular voltage pulses.
  • the pulse generator may be designed such that it outputs voltage pulses in a pulse frequency which is selected from a range with a lower limit of 20 Hz, in particular 800 Hz, preferably 2530 Hz, and an upper limit of 20 kHz, in particular 11 kHz, or Voltage pulses with a pulse duration, which is selected from a range having a lower limit of 2 ns, in particular 10 ns, and an upper limit of 10 8, in particular 5 ⁇ , or voltage pulses generated with a pulse pause, which is selected from a Range with a lower limit of 2 ⁇ , especially 5 ⁇ , and an upper limit of 20 ⁇ 5, especially 8 ⁇ 8.
  • the efficiency could be improved by these individual embodiments of the invention either individually or in any combination with each other when water is used as a fluid as a heat transfer medium.
  • the pulse generator is designed to generate variable pulse pauses, so that therefore the voltage pulse is applied in a variable frequency.
  • At least one further electrode preferably at least two further electrodes, which is or are electrically conductively connected to an energy source, is or is arranged in the reaction space, so that ions are introduced into the reaction chamber via this additional electrode (s) Fluid can be discharged, whereby the conductivity of the fluid can be selectively influenced and thus the introduction of the voltage pulses via the cathode and the anode can be improved in the fluid for heating the same, other than by the addition of a conducting salt into the fluid, whereby the conductivity indeed can also be influenced, however, depending on the concentration of the conductive salt which added, whereby the conductivity has a certain value.
  • the conductivity can be controlled or regulated via the two further electrodes.
  • the device according to the invention is used in a heating system, since the primary circuit of such heating systems, in which the device is arranged after initial start-up, with the exception of the pressure equalization or overpressure fuses, usually forms a closed system.
  • the primary circuit of such heating systems in which the device is arranged after initial start-up, with the exception of the pressure equalization or overpressure fuses, usually forms a closed system.
  • the further electrode or the at least two further electrodes consist of a material selected from a group comprising Pd, Pt, Ti, Rh, Au, Ag, Ni, Cu, Ir, Fe, V, Nb, Ta and their alloys, in particular Alloys of at least two of these elements together, with the elements Pd, Pt, Ti, Rh and the alloys are preferred. It is thus achieved a better stability of the system in the device, in particular with regard to the life of the at least one further electrode. Surprisingly, however, an improvement in the efficiency of the device, i. the heating power, compared to electrodes made of other materials.
  • the further electrode or at least one of the two further electrodes is arranged in the region of the anode or the cathode.
  • this arrangement of the further electrode or at least one of the further electrodes it is achieved that the fluid which is acted upon by the voltage pulses in the reaction space is already switched on shortly after being charged with the
  • Millimeter-scale vapor bubbles which increase the efficiency, i. The effectiveness of the device, which would interfere, can be better avoided.
  • a distance between the at least two further electrodes is at least 10%, in particular at least 25%, of the length of the reaction space defined by the housing.
  • the length is here in the direction of the longitudinal central axis of this reaction space and is formed by the region in which the at least one anode and the at least one cathode are arranged.
  • the further electrode or the at least two further electrodes are rod-shaped with a diameter of not more than 30%, in particular not more than 20%, of the smallest dimension of the at least one cathode.
  • the (se) electrode (s) has the (se) electrode (s) a relatively small footprint, on the other hand, the generation of too large a concentration of ions in the fluid is better prevented by the associated low surface area of the electrode (s), so that the device is better controllable is because small variations in the electrical parameters that will or will drive the other electrode or the two other electrodes that may be present, have no significant effect on the fluid.
  • the energy source for the at least two further electrodes is a constant voltage source so as to achieve continuous generation of the ions in the system.
  • the fluid which is contained in the reaction space, ie in the device is water and an electrolyte is contained in this water, so that a certain basic conductivity of the fluid is thus already obtained and thus the energy consumption over the two can be lowered further electrodes.
  • the electrolytic water glass contains (Na 2 Si0 3), at least one alkali, in particular KOH, distilled or deionized water, and optionally Na 2 S0 3 and / or K 2 S0 4 'which on the one hand, advantages in terms of the generation of ions across the two other electrodes could be observed, and on the other hand, it is also an environmentally unproblematic electrolyte contained in the device.
  • the at least two further electrodes can be arranged in the direction of a longitudinal extent of the housing and coaxially with one another in the housing, which has advantages with regard to the settling of the fluid following the application of the voltage pulse by the small effective area between the two electrodes, which substantially limited to the opposite end portions of the electrodes, can be achieved.
  • At least one of the electrodes, in particular the anode is basket-shaped, wherein at least one electrode is preferably at least one according to a further embodiment variant is partially disposed within the basket-shaped electrode, in particular the cathode at least partially within this basket-shaped anode. It can thus be achieved a more homogeneous distribution of the introduced charge carriers in the fluid.
  • the effectiveness of the device and consequently of the heating system can be improved if the distance between the electrodes, in particular between the cathode and the anode, is at least 5 mm, in particular at least 7 mm. In particular, this is also important with respect to the formation of bubbles in the fluid.
  • the housing jacket is cylindrical, whereby a positive flow behavior of the fluid can be achieved by avoiding edges, etc., and thus avoiding turbulence in the fluid.
  • At least one of the electrodes is or are arranged relative to the further electrode, in particular the anode relative to the cathode and / or the cathode relative to the anode, adjustable in the housing. It is thereby made possible that the distance between the electrodes can also be readjusted during operation of the device, in order to thereby improve the effectiveness of the device according to the invention.
  • At least one laser is arranged in the reaction space. It is possible with the laser activation of the ions derived from the other two electrodes or from the added electrolyte, whereby the conductivity of the Fluids and thus the effectiveness of the entry of the voltage pulses can be improved in the fluid.
  • the laser emits light of a frequency selected from a range having a lower limit of 300 THz, in particular 410 THz, and an upper limit of 550 THz, in particular 490 THz.
  • the laser is connected to a device for generating intermittent light, wherein according to an embodiment variant the laser emits light pulses having a pulse duration which is selected from a range with a lower limit of 20 ⁇ , in particular 33 ⁇ , and an upper limit of 100 ⁇ , especially 50 ⁇ 8. Similar to the embodiment variant of the invention with intermittent light from the light-emitting diode (s), it has been found in practice that intermittent laser light, in particular a frequency from the stated range, improves the heat output of the device or the heating system.
  • the pulse generator is preferably provided with a control and / or control module, so as to provide a higher accuracy of the voltage pulses fed to the fluid, in particular the Shape of the voltage pulses to reach.
  • the pulse generator for the same purpose may also be connected to an external control and / or control device.
  • the heating system of the heat exchanger is designed as a radiator, so so this heating system is designed in particular for heating the air of a building.
  • FIG. 1 shows a variant of an apparatus for heating a fluid.
  • Fig. 2 a heating system
  • Fig. 6 shows the influence of a variable voltage pulse feed into the fluid on the efficiency.
  • a device 1 for heating a fluid, preferably water, is shown.
  • This comprises a housing 2, comprising a housing shell 3, and a housing bottom 4 and a housing cover 5.
  • the housing 2, i. the housing jacket 3 and / or the housing bottom 4 and / or the housing cover 5 are preferably made of a dielectric material, for example of a plastic, such as plastic. PE, PP, PVC, PS, Plexiglas etc.
  • both the housing base 4 and the housing cover 5 are each provided with an internal thread in the housing jacket 3 - one thread 6 each being assigned to one of the two end regions 7, 8 of the housing jacket 3 - or a corresponding external thread on the other Housing bottom 4 and screwed to the housing cover 5 with the housing shell 3, so that the housing bottom 4 and the housing cover 5 are removably disposed from the housing shell 3 in this.
  • screwing it is of course possible to accomplish this removability via the simple insertion of the housing bottom 4 or the housing cover 5 in the housing shell 3, wherein care should be taken in this embodiment, that the corresponding tightness, e.g. by arranging sealing rings or the like, such as e.g. O-rings, is achieved.
  • the corresponding tightness e.g. by arranging sealing rings or the like, such as e.g. O-rings
  • Housing bottom 4 and / or the housing cover 5 are arranged with a press fit in the housing shell 3 or are connected to the other non-releasably connected, e.g. by welding, etc. However, it can also be provided that only the housing bottom 4 or only the housing cover 5 can be removed from the housing jacket 3. It is further possible that the housing 2 is formed integrally with the housing bottom 4 and / or the housing cover 5.
  • the housing 2 is cylindrical.
  • the housing cover 5 has along a longitudinal central axis 10 a recess, for example in the form of a bore, which serves as an inlet opening 11 for the fluid 9 in the device 1, ie in a reaction chamber 12 of the device 1.
  • a drain opening 13 is provided in the form of an axial bore in order to ensure the flow of the fluid 9 from the reaction chamber 12.
  • Both the inlet opening 11 and the drain opening 13 may also be located at a different location in the housing 2 of the device 1, for example in the housing shell 3, or radially in the housing bottom 4 or housing cover 5, so as to give the incoming fluid 9 a tangential flow.
  • more than one inlet opening 11 and / or more than one drain opening 13 may be arranged, both opening in the axial and / or radial direction are possible, so for example one or more inlet opening (s) 11 in the axial direction and one or more Inlet opening (s) 11 in the radial direction and / or one or more outlet opening (s) 13 in the axial direction and one or more outlet opening (s)
  • the anode 14 is preferably basket-shaped and the at least one cathode 15 is at least partially disposed within the space defined by the anode 14, as shown in Fig. 1.
  • the anode 14 may be provided in an end region 16 facing the housing bottom 4 with one or more openings 17, which are preferably oriented in the radial direction, so that the fluid 9 is deflected in a direction perpendicular to the longitudinal central axis 10 through the anode 14 defined region within the reaction chamber 12 leaves.
  • the anode 14 is formed lattice-shaped or that alternatively or in addition to the opening 17 or the openings 17 in the, the container bottom 4 facing part of the anode 14, ie the "bottom" of the basket-shaped Anode 14 such breakthroughs are formed.
  • the anode 14 is formed lattice-shaped or that alternatively or in addition to the opening 17 or the openings 17 in the, the container bottom 4 facing part of the anode 14, ie the "bottom" of the basket-shaped Anode 14 such breakthroughs are formed.
  • the anode 14 is formed lattice-shaped or that alternatively or in addition to the opening 17 or the openings 17 in the, the container bottom 4 facing part of the anode 14, ie the "bottom" of the basket-shaped Anode 14 such breakthroughs are formed.
  • cathode 14 as the cathode 15 is rod-shaped. It can also be arranged a plurality of anodes 14 and cathodes 15, in which case an alternating arrangement of the Anodes 14 and the cathode 15 is preferred, so that pairs of anode 14 and cathode 15 are formed.
  • the at least one anode 14 is connected to a positive pole 18 and the at least one cathode 16 is electrically conductively connected to a negative pole 19 of a pulse generator 20.
  • the distance 25 between the cathode 15 and the anode 14 is at least 5 mm, in particular at least 7 mm.
  • the anode 14 is arranged at a distance from the housing bottom 4 in the reaction space 12.
  • a dome-shaped attachment 21 which can serve as a height adjustment device for the at least one anode 14, is provided on the housing bottom 4 in the region of the outlet opening 13 for the fluid 9 from the reaction space 12.
  • this attachment 21 is again rotationally symmetrical, bolt-shaped and held in a central bore 22 in the housing base 4.
  • this attachment 21 may in turn also have other geometric shapes, for example prism-like, so that this bore 22 may be designed to correspond to the outer circumference of the attachment 21.
  • this attachment 21 does not protrude into the housing bottom 4, but is placed thereon, e.g. is glued to this, or other connection techniques such. Welding, is connected to the housing bottom 4.
  • this attachment 21 is provided with an external thread 23, which engages in an internal thread 24 of the bore 22.
  • a certain height adjustability of this attachment 21 is possible, so that a distance 25 between the anode 14 and the cathode 15, that is to say in the present embodiment, the immersion depth of the cathode 14 into the basket-shaped anode 14, becomes adjustable.
  • this attachment 21 which preferably also consists of a dielectric material, has an opening 26 which does not extend in the direction of the longitudinal axis 10 and which is arranged behind the opening 10 in the housing base 4 in the flow direction of the fluid 9 (arrow 27) ,
  • At least one radial bore 28 is provided in the attachment 21, via which the fluid 9 can emerge from the reaction space 12.
  • the drain opening 13 is not formed centrally in the housing bottom, but azentrisch and next to the inclusion of the attachment 21 in the housing bottom, so that this radial bore (s) 28 can be dispensed with.
  • the first-mentioned variant has the advantage that the residence time of the fluid 9 in the reaction space 12 can be extended, which is advantageous in view of the invention for the calming of the fluid 9.
  • a plurality of radial bores 28 offset in height are provided in the attachment 21.
  • the housing bottom 4 and the attachment 21 are integrally formed, wherein optionally the height adjustment and thereby the adjustability of the distance 25 can be achieved by the screwing of the housing bottom 4 in the housing shell 3.
  • the anode 14 may also be formed so as to at least partially surround the attachment 21. Down, i. in the direction of the housing bottom 4, the anode 14 in this variant via a corresponding fastening means, e.g. a nut or a circumferential web or the like., Are fixed in their altitude. In the simplest case, the anode 14 is removable on this fastening device. The latter can of course be connected to this fastening device.
  • the cathode 15 has a surface extent that runs parallel to the bottom of the anode 14, so can essentially only be installed horizontally with their effective area, compared to the vertical orientation of this surface in Fig. 1st
  • the cathode 15 is also cylindrical in representational embodiment variant.
  • the cathode 15 is also enriched in an axial bore 29 of the housing cover 5, wherein this axial bore 29 naturally has a larger diameter than the inlet opening 11 for the fluid 9.
  • this cathode 15 is formed in the axial bore 29 screwed or may be inserted.
  • this cathode 15 may have a central, continuous bore 30 in the flow direction of the fluid 9 (arrow 26), which adjoins the inlet opening 11.
  • the cathode 15 can also be completely or partially covered in the radial direction by the housing cover 5, so that in this case it is advantageous if provided in the housing cover 5 a corresponding bore or recess with a larger diameter than the axial bore 29, order to form a cathode space in the region of the cathode 15, as indicated by dashed lines in Fig. 1.
  • the housing cover 5 may also cover the cathode 15 in the direction of the reaction space 12.
  • At least one inlet opening 11 acentric form in the housing cover 5, so that the flow through the fluid through the cathode 15 and thus the axial bore 29 can be omitted.
  • the cathode 15 is designed to be closed in the lower end region pointing in the direction of the container bottom 4, and at least one radial bore is provided in the cathode 15 for the exit of the fluid 9 into the reaction chamber 12.
  • a plurality of individual anodes 14 and a plurality of individual cathodes 15 to be arranged in the reaction space 12, for example in the form of electrode plates or lattice-shaped electrodes, which may optionally form packages.
  • anode 14 and the cathode 15 can be arranged one behind the other or next to one another in the flow direction of the fluid 9.
  • housing bottom 4 and / or housing cover 5 are not arranged in an inner bore of the housing shell 3, but conversely, this housing shell 3 are formed outside cross-over in the manner of a plug or screw 5.
  • the size of the reaction space 12 can be varied, in particular with regard to the desired heating power of the device 1, which can be, for example, from 5 kW to 40 kW.
  • the flow velocity of the fluid 9 in the reaction space 12 itself can thus also be influenced.
  • the housing base 4 and / or the housing cover 5 may have neck-shaped extensions at their outer ends in order, for example, to simplify the connection of the heat generator 1 to a heating circuit or the like.
  • these nozzle-shaped extensions of the housing bottom 4 and the housing cover 5 may be equipped with corresponding threads.
  • the attachment 21 it is possible for the attachment 21 to protrude through the housing base 4 and thus to be operated from the outside, ie outside the reaction chamber 12, for example to level the distance 25 between the anode 14 and the cathode 15 in hindsight to correct or to allow the adjustability from outside.
  • the cathode 15 as the anode 14 is arranged vertically adjustable, or that only the cathode 15 is formed in its relative position to the anode 14 adjustable.
  • the adjustability can of course be motorized, so not only must be done manually, what this article 21 may be provided with a corresponding drive, for example.
  • This drive can be designed microelectronics, since usually the absolute values of the adjustment in the operation of the device 1 are not too large, but are to be understood only as readjustments, if the correct distance 25 between the anode 14 and the cathode 15 has already been set during initial operation. It should therefore only thermal expansion, which may possibly occur, are compensated, so that the efficiency of the device 1 can be further increased or optimized.
  • the distance 25 between the at least one anode 14 and the at least one cathode 15 may be selected depending on the desired power of the device 1 from a range with a lower limit of 7 mm and an upper limit of 10 cm or with a lower limit of 10 mm and an upper limit of 5 cm, wherein the energy yield in this area is surprisingly large.
  • both the anode 14 and the cathode 16 are made of a metallic material.
  • the anode 14 can also be mounted differently in the housing, for example also via the container lid 5, so that the attachment 21 can be dispensed with and thus the area of the reaction space 12 after the electrodes becomes larger, or the housing can be made more compact. Furthermore, there is the possibility that the anode 14 is supported on a projection of the housing jacket 3 pointing in the direction of the longitudinal central axis 10. The flow direction of the fluid 9 can also be reversed in terms of the feed by supplying this fluid 9 through the attachment 21. For this purpose, an outlet opening can be provided in the anode 14 in the region of the abutment against the attachment 21, via which the fluid 9 is supplied into the region between the anode 14 and the cathode 15.
  • the fluid 9 is deflected in the region of the container lid 5 and passes through at least one acentric outlet openings in the container bottom again from the reaction chamber 12.
  • a heating system for example, a central heating or a radiator 32, arranged.
  • the heater 32 may be formed of any material, particularly stainless steel, copper, or the like.
  • the device 1 further includes the pulse generator 20.
  • other facilities such as at least one pump 33, at least one expansion vessel 34, optionally a gas absorber 35, overpressure, Kotroll- and measuring equipment, etc., can be arranged as needed, as is known from the heating technology in Area of central heating systems is known.
  • further control units 37 may be included in this heating cycle.
  • the pulse generator 20 may be constructed electromechanically or electronically.
  • the electromechanical embodiment of the pulse generator comprises an electric motor, a voltage pulse generator and a pump, in particular a hydraulic pump, said elements of the pulse generator 20 are arranged in the order given on a common shaft one behind the other.
  • the electronic pulse generator 20 is preferably of modular construction, wherein in a first energy supply module, eg a transformer, the electrical energy supplied by the grid or other energy sources, such as accumulators, etc., is galvanically isolated from the terrestrial energy system.
  • a first energy supply module eg a transformer
  • the electrical energy supplied by the grid or other energy sources such as accumulators, etc.
  • the rectification of the supplied energy is optionally carried out in a rectifier module, for example with conventional rectifier elements known from the prior art.
  • a control and / or control module is preferably provided, which is constructed from individual capacitors, transistors, at least one IGBT, and in which For example, in a variant in the form of a board can be performed.
  • this control and / or control module for example, the control and / or control of pulse widths, pulse durations and the repetition frequency of the voltage pulses is possible.
  • a temperature in accordance with a temperature control loop can be used as a control criterion, this temperature control loop acquiring its data from the temperature of the fluid 9, in particular the desired temperature of the fluid 9 in the heating system 31.
  • this heating system 31 it is possible, as known per se, for example, to provide thermostats as a temperature sensor.
  • Other regulatory input variables may be, for example, chemical and physical parameters, for example the pH of the fluid 9 or a pressure or a concentration of a chemical additive for the fluid 9, for example a lye, or the electrical conductivity of the fluid 9.
  • the voltage pulses in both the pulse shape and in the amplitude adjustable in particular, the slope of the edges (dU / dt) of the voltage pulses from the pulse generator 20 can be adjusted or regulated, in particular the rising edge and / or the falling edge.
  • voltage pulses with steeply rising and flat or gently sloping edge adjustable in particular rectangular pulses.
  • this electronic pulse generator 20 can be supplied with primary energy, i. electric power supplied directly from the supply network of the electrical utility. However, it is likewise possible to feed in different signal forms with different frequencies via an intermediate circuit from any current source and are transistors known for this purpose in the electronic pulse generator 20 from the prior art, in order to obtain the ultimately desired pulse shape.
  • a corresponding cooling module for example in the form of cooling fins, e.g. made of aluminum profiles.
  • the operation of the device 1 can be summarized as follows.
  • the pulse generator 20 is connected to the supply network, ie the power supply.
  • the results of this Testified voltage pulses are transmitted via the anode 14 and the cathode 15 to the fluid 9 in the flow circuit of the heating system 31 and generate there in the fluid 9, the desired heat.
  • the fluid 9 is kept in flow with the pump 35, which on the one hand can be the component of the electromechanical pulse generator 20 or, when an electronic pulse generator is used, can be designed as a separate component of the heating system 31.
  • the fluid 9 is preferably guided in a closed circuit through the flow devices of the heating system 31 and thus also through the device 1, in particular its reaction space 12.
  • radiator 32 instead of a radiator 32 to use other heat exchangers, such as large-area plate heat exchangers, snake heat exchangers, etc., in which the heat from the primary, heated by the device 1 fluid to a secondary fluid in known manner is transmitted to, for example, homes, industrial plants or the like. To heat.
  • heat exchangers such as large-area plate heat exchangers, snake heat exchangers, etc.
  • the fluid 9 is mixed with a base, so that it has a basic pH.
  • the pH value can be selected from a range with a lower limit of 7.1 and an upper limit of 12 or particularly preferably with a lower limit of 9 and an upper limit of 11.
  • any base can be used to prepare the basic pH, but sodium hydroxide solution, potassium hydroxide solution, calcium hydroxide or calcium carbonate are particularly preferred.
  • pulse frequencies for the voltage pulses have turned out to be particularly advantageous frequencies selected from a range with an upper limit of 500 Hz and a lower limit of 100 Hz, in particular with an upper limit of 300 Hz and a lower limit of 150 Hz.
  • the pulse duration of the voltage pulses can be selected from a range with a lower limit of 10 and an upper limit of 250 ⁇ 8, in particular a range with a lower limit of 40 ⁇ and an upper limit of 200 8.
  • the pulse amplitude of the voltage pulses can be selected from a range with a lower limit of 300 V and an upper limit of 1500 V, in particular a range with a lower limit of 500 V and an upper limit of 1200 V.
  • the pulse pauses between the voltage pulses can are selected from a range with a lower limit of 2 and an upper limit of 20 ⁇ 8, in particular a range with a lower limit of 5 8 and an upper limit of 8 ⁇ .
  • the pulse generator 20 is designed to deliver variable voltage pulses.
  • the pulse rate and / or the pulse duration and / or the pulse pauses and / or the amplitude of the voltage pulses can vary in the time sequence, so that there is no regular pattern of the delivered voltage pulses.
  • FIG. 3 shows a sequence of square-wave voltage pulses with a variable voltage pulse configuration in this sense.
  • the parameters for the voltage and the pulse duration are selected from the above-mentioned ranges. Since this is just an example, no concrete values were given in the diagram. It is intended to represent only a pattern of voltage pulses.
  • the example according to FIG. 3 can only be seen as representing a wide variety of voltage pulse patterns.
  • the amplitude of the voltage pulses, the duration of the voltage pulses and the pauses between the pulses are selected from the ranges mentioned above.
  • the pulse generator 20 may comprise a random generator or, for this purpose, a corresponding software implementation may also be provided.
  • square-wave voltage pulses are preferably used.
  • the pulse frequency of the voltage pulses can also be selected from a range with a lower limit of 20 Hz, in particular 800 Hz, preferably 2530 Hz, and an upper limit of 20 kHz, in particular 11 kHz.
  • the falling edge of the voltage pulses can be chosen to be as steep as the rising edge, but here is the possibility, although this is not the preferred embodiment of the invention, to choose other slopes with at least 15 ⁇ / ⁇ .
  • At least two further electrodes 38, 39 are arranged in the reaction space 12 and are electrically conductively connected to an energy source 40.
  • the energy source 40 may be arranged with a suitable design in the pulse generator 20, which must be ensured in this embodiment, that the energy supply of the two further electrodes 38, 39 without mutual interference with the power supply of the electrodes for generating the voltage pulses between the anode 14 and the Cathode 15 takes place.
  • further electrodes 38, 39 are arranged in the reaction chamber 12, for example in the embodiment of FIG. 1 to the left and right of the anode 14 and extending in the direction of the longitudinal extension 10, in which case the further electrodes 38, 39 can each be supplied in pairs with electrical energy from the energy source 40.
  • the two further electrodes 45, 46 in the form of a cylinder jacket so that it is possible, for example, for these two further electrodes 45, 46 to be arranged at least partially surrounding at least one anode 14 and at least one cathode 15.
  • the at least one cathode 15 or at least An anode 14 has at least two regions which are not electrically conductively connected to one another, in each case one region for the formation of the electrode pair anode 14 - cathode 15 and a region for the formation of the electrode pair with the further electrode 45 or 46.
  • the further electrodes 38, 39 may be formed from the same material or from mutually different materials.
  • the two further electrodes 38, 39 consist of a metal or a metal alloy. Possible metals are e.g. Pd, Pt, Ti, Rh, Au, Ag, Ni, Cu, Ir, Fe, V, Nb, Ta and their alloys in question.
  • At least one of the electrodes 38, 39 has a carrier core for the above-mentioned metals or alloys of a metallic carrier, which consists of a more favorable in terms of cost metal or a cheaper metal alloy, for example steel, wherein the The above-mentioned metals or alloys are deposited in particular on the carrier core in a galvanic manner using methods according to the prior art.
  • At least one of the two further electrodes 38, 39 is preferably arranged in the region of the anode 14. If the relative position of the anode 14 to the cathode 15 is reversed, so that the cathode 15 is arranged outside the anode 14 in the reaction chamber 12, it is possible that at least one of the two further electrodes 38, 39 in the region of the cathode 15th is arranged. Although this is the preferred embodiment of the invention, it goes without saying that it is possible to arrange these at least two further electrodes 38, 39 in another region of the reaction space 12; for example, these further electrodes 38, 39 can be located underneath the anode 14 in FIG Area which is formed between the anode 14 and the housing bottom 4, are arranged.
  • a distance 41 between these two electrodes 38, 39 is preferably at most 10%, in particular at least 25%, of the length of the reaction space 12, ie the longitudinal extension of the reaction space 12 in the direction of the longitudinal central axis 10 between the housing bottom 4 and the housing cover 5 is formed by the region in which the at least one anode 14 and the at least one cathode 15 are arranged.
  • the distance 41 is the smallest distance between these two electrodes 38, 39. In the embodiment variant shown in FIG. 1, this distance 41 is the distance between the two end regions of the two further electrodes 38, 39.
  • this distance 41 denotes the distance which is formed between the two mutually facing surfaces of the electrodes 38, 39.
  • these two further electrodes 38, 39 are preferably rod-shaped.
  • a diameter 42 of the rod-shaped electrodes 38, 39 has a dimension of at most 30% of the smallest dimension of the at least one cathode 15.
  • this diameter 42 having a maximum value of 20% of the smallest dimension of the at least one cathode 15.
  • the electrodes 38, 39 do not necessarily have to be arranged in the reaction space 12, as shown in FIG. 1, but can also be arranged horizontally, ie. be oriented with its greatest longitudinal extent at least approximately perpendicular to the longitudinal central axis 10 of the device 1.
  • the energy source 41 for the at least two further electrodes 38, 39 is preferably a constant voltage source, as known from the prior art. If an alternating voltage is used as the primary energy source, this energy source 41 preferably has a rectifier.
  • the electrodes 38, 39 are surface-activated before they are installed in the reaction space 12 of the device.
  • the two electrodes 38, 39 in an electrolyte bath with voltage pulses having an amplitude from a range of 5 V to 50 V applied.
  • the pulse duration of the voltage pulses is selected from a range with a lower limit of 1 and an upper limit of 10 ⁇ .
  • the current intensity is selected from a range with a lower limit of 2000 A and an upper limit of 8000 A.
  • the electrolyte bath in which this activation takes place preferably contains water glass (Na 2 Si0 3 ), at least one lye, in particular KOH, distilled or deionized water, and optionally Na 2 S0 3 and / or K 2 S0 4 ,
  • the water glass content may be selected from a range of 0.05 wt .-% to 10 wt .-, in particular 0.1 wt .- to 1 wt .-%.
  • the alkali fraction may be selected from a range of 0.05% by weight to 5% by weight, in particular 0.1% by weight to 5% by weight.
  • the electrolyte bath As the electrolyte, a conductive salt soluble in water or the fluid can be used, as known from the prior art. However, in addition to water, the electrolyte preferably contains KOH in a proportion of not more than 5% by weight.
  • the fluid 9 may preferably be added to a base or at least one electrolyte.
  • the conductivity of the water is increased by the presence of ions, the ions also originating from the two further electrodes 38, 39.
  • at least one laser 43 that is to say the light-emitting part of a laser 43
  • this light-emitting part of the laser 43 is again arranged in the housing shell 3, or there is also the possibility to move this light-emitting part of the laser 43 further in the direction of the longitudinal center axis 10 of the reaction chamber 12, including corresponding devices in the housing shell 3, for example, insertion sleeves etc.
  • the laser 43 is preferably a red-light laser, and the laser 43 preferably emits light of a frequency selected from a range having a lower limit of 300 THz and an upper limit of 550 THz.
  • a pulse duration of the laser light pulses can be selected from an area with a lower limit of 20 ⁇ , in particular 33 ⁇ , and an upper limit of 100 ⁇ , in particular 50 8.
  • a bar 44 denotes the use of PtNi5 as an electrode material
  • Bar 45 the use of Pt as the electrode material
  • bar 46 the use of an alloy of composition AgNi5 as electrode material
  • bar 47 the use of Ni as electrode material
  • bar 48 the use of steel as electrode material.
  • the alloy AgNi 5 preferably used as the electrode material has a significantly higher efficiency than the electrodes made of the other materials mentioned.
  • the difference in efficiency between PtNi5 and AgNi5 as the electrode material (bar 44) appears to be only insignificant, this difference still means an increase in the efficiency of the device 1 by 3% to 5% through the use of the AgNi5 electrode material.
  • Fig. 5 the influence of the activation of the surface of the two electrodes 38, 39 on the efficiency of the device 1 is shown.
  • a bar 49 represents the use of non-activated AgNi5
  • a bar 50 the same electrodes, but with an activated surface.
  • FIG. 6 shows in principle the influence of a variable voltage pulse feed in the sense of the invention in the fluid 9 on the efficiency of the device 1, whereby also here again, a representation of concrete values has been omitted since only the relative comparison of the two variants should be shown.
  • a profile 51 shows the course of the efficiency over time while the voltage pattern remains constant
  • a curve 52 shows the course of the efficiency of the device 1 with variable voltage pulse patterns, as shown for example in FIG. 3 or described above.
  • the heating system 31 may, according to the state of the art, be provided with a pressure of e.g. be operated between 2 bar and 4 bar in the primary circuit. But it is also possible to operate the heating system 31 in the primary circuit without pressure at a temperature of the fluid 9 near the boiling point of the fluid. 9
  • the heating system 31 can generally be used for the generation of heat, regardless of the purposes for which this heat is ultimately used.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Erwärmung eines Fluids (9), mit einem Gehäuse (2) umfassend einen Gehäusemantel (3), einen Gehäuseboden (4) und einen Gehäusedeckel (5), mit zumindest einer Einlauföffnung (11) und zumindest einer Ablauföffnung (13) für das Fluid (9), wobei in dem Gehäuse (2) zumindest zwei Elektroden in einem Abstand (25) zueinander angeordnet sind, die mit je einem Pol zumindest eines Pulsgenerators (20) elektrisch leitend verbunden sind. Der Pulsgenerator (20) ist zur Abgabe von variablen Spannungspulsen ausgebildet.

Description

Vorrichtung zur Erwärmung eines Fluids
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung eines Fluids, mit einem Gehäuse um- fassend einen Gehäusemantel, einen Gehäuseboden und einen Gehäusedeckel, mit zumindest einer Einlauföffnung und zumindest einer Ablauföffnung für das Fluid, wobei in dem Gehäuse zumindest zwei Elektroden, insbesondere zumindest eine Anode und zumindest eine Kathode, in einem Abstand zueinander angeordnet sind, die mit je einem Pol zumindest eines Pulsgenerators elektrisch leitend verbunden sind, eine Heizungsanlage umfassend zumindest eine Fördereinrichtung für ein erstes Fluid, zumindest eine Vorrichtung zur Erwärmung eines Fluids, zumindest einen Wärmetauscher, in dem die erzeugt Wärme vom Fluid auf ein weiteres Fluid übertragen wird, sowie die Verwendung der Vorrichtung zur Erwärmung eines Fluids. Verfahren zur Elektroheizung sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Sie können unterteilt werden in Widerstandsheizungen, Lichtbogenheizungen, Induktions-heizungen, Dielektrizitätsheizungen, Elektronenheizungen, Laserheizungen und Misch-heizungen. So ist z.B. aus der RU 21 57 861 C eine Anlage zur Gewinnung von Wärme-energie, Wasserstoff und Sauerstoff bekannt, die auf physiko-chemischer Technologie basiert. Diese Vorrichtung umfasst ein Gehäuse aus einem dielektrischen Material, das mit einer angegossenen zylindrisch konischen Nocke mit durchgehender Öffnung ver-sehen ist, welche zusammen mit dem Gehäuse den Anoden- bzw. Kathodenraum bildet. Die Anode ist als flacher Ring mit Öffnungen ausgeführt, liegt im Anodenraum und ist mit dem Pluspol der Versorgungsquelle verbunden. Die stangenförmige Kathode besteht aus hitzebeständigem Material und ist in eine dielektrische Ausgewindestange eingesetzt, mit der sie durch ein Gewindeloch im Gehäuse in die Zwischenelektrodenkammer, im Deckel-durchgangsloch zentriert und mit dem Minuspol der Versorgungsquelle verbunden, einge-setzt werden kann. Der Zulaufstutzen für die Arbeitslösung befindet sich im Mittelteil des Anodenraums. Der Nachteil an den bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Elektroheizung von Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen liegt in der hohen Energieintensität des Heiz-prozesses. Dies zeigt sich vor allem in den schlechten Wirkungsgraden. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur Erwärmung eines Fluids mit einer besseren Wirtschaftlichkeit anzugeben.
Die Aufgabe der Erfindung wird jeweils unabhängig durch die eingangs genannte Vorrich- tung zur Erwärmung eines Fluids, die Heizungsanlage sowie die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Heizung eines Gebäudes gelöst, wobei der Pulsgenerator zur Abgabe von variablen Spannungspulsen ausgebildet ist, und die Heizungsanlage zumindest eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erwärmung eines Fluids umfasst. Durch die Spannungspulse, mit welchen das Fluid beaufschlagt wird, wird im System, das heißt in der Molekülstruktur des Fluids, ein Schwingungsverhalten der Moleküle angeregt. Es wird damit die im Fluid vorhandene Ordnung der Moleküle gestört, wobei die Moleküle bestrebt sind, diesen Ordnungszustand, der abhängig ist von der jeweiligen Temperatur des Fluids, wieder herzustellen. Es konnte beobachtet werden, dass der Wirkungsgrad der Erwär- mung des Fluids mit Hilfe der Spannungspulse verbessert werden kann, wenn über die Zeit nicht gleichförmige Pulse, das heißt Spannungspulse mit konstanter Amplitude und/oder konstanter Pulsdauer eingeleitet werden, sondern wenn der Pulsgenerator zur Abgabe von variablen Spannungspulsen ausgebildet ist. Durch diese Variabilität wird das Verhalten des Fluids, nämlich dessen Versuch zur Herstellung einer bestimmten Ordnung im System ständig ge- stört. Es konnte damit die Effektivität der Vorrichtung verbessert werden.
Es ist von Vorteil, wenn der Pulsgenerator Spannungspulse erzeugt, deren Amplitude ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 330 V, insbesondere 500 V, und einer oberen Grenze von 1500 V, insbesondere 1200 V. Gerade dieser Bereich ist von Vorteil, wenn als Wärmeträgermedium, das heißt als Fluid, Wasser verwendet wird, um dessen Aufheizung zu verbessern.
Es kann auch vorgesehen sein, zur Vermeidung der Herstellung eines bestimmten Ordnungszustandes der Moleküle im Fluid, dass der Pulsgenerator einen Zufallsgenerator umfasst, der hardwaremäßig oder softwaremäßig ausgestaltet sein kann, mit dessen Hilfe die Spannungspulse variabel ausgestaltet werden können. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der Pulsgenerator Spannungspulse erzeugt mit einer steilen Anstiegsflanke von zumindest 25 ν/μ8. Mit einer bevorzugten Ausführungsvariante dazu ist der Pulsgenerator zur Abgabe rechteckförmiger Spannungspulse ausgebildet. Durch diese steile Anstiegsflanke der Pulse zur Erreichung der Ma- ximalamplitude wird also die Energie„explosionsartig" in das System, das heißt das Fluid, eingetragen, sodass eine vorzeitige Restrukturierung der Moleküle besser vermieden werden kann und damit eine höhere Energieausbeute erreicht werden kann.
Der Pulsgenerator kann so ausgebildet sein, dass er Spannungspulse in einer Pulsfrequenz abgibt, die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 20 Hz, insbesondere 800 Hz, vorzugsweise 2530 Hz, und einer oberen Grenze von 20 kHz, insbesondere 11 kHz, bzw. Spannungspulse mit einer Pulsdauer abgibt, die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 2 ns, insbesondere 10 ns, und einer oberen Grenze von 10 8, insbesondere 5 μβ, bzw. Spannungspulse mit einer Pulspause erzeugt, die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 2 μβ, insbesondere 5 μβ, und einer oberen Grenze von 20 μ5, insbesondere 8 μ8. Wiederum konnte damit die Effektivität durch diese einzelnen Ausführungsvarianten der Erfindung entweder einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verbessert werden, wenn als Wärmeträger Wasser als Fluid verwendet wird. Zur Vermeidung der Herstellung eines Ordnungszustandes der Moleküle des Fluids kann auch vorgesehen sein, dass der Pulsgenerator zur Erzeugung von variablen Pulspausen ausgebildet ist, sodass also die Spannungspulsbeaufschlagung in einer variablen Frequenz erfolgt.
Von Vorteil ist, wenn im Reaktionsraum zumindest eine weitere Elektrode, vorzugsweise zumindest zwei weitere Elektroden, die mit einer Energiequelle elektrisch leitend verbunden ist oder sind, angeordnet ist oder sind, sodass über diese zusätzliche(n) Elektrode(n) im Reaktionsraum Ionen in das Fluid abgegeben werden, wodurch die Leitfähigkeit des Fluids gezielt beeinflusst werden kann und damit die Einbringung der Spannungspulse über die Kathode und die Anode in das Fluid zur Erwärmung desselben verbessert werden kann, anders als durch die Zugabe eines Leitsalzes in das Fluid, womit die Leitfähigkeit zwar ebenfalls beeinflusst werden kann, allerdings abhängig von der Konzentration des Leitsalzes welches zugesetzt, wodurch die Leitfähigkeit einen bestimmten Wert hat. Zum Unterschied dazu ist die Leitfähigkeit über die zwei weiteren Elektroden steuerbar bzw. regelbar. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Heizungsanlage verwendet wird, da der Primärkreislauf derartiger Heizungsanlagen, in dem die Vorrichtung angeordnet wird, nach der Erstinbetriebnahme, mit Ausnahme des Druckausgleichs bzw. der Überdrucksicherungen, üblicherweise ein geschlossenes System bildet. Durch die Beeinflussung der Leitfähigkeit von außen, auch während des Betriebes, mit der Erfindung wird hier eine Möglichkeit geschaffen, die Vorrichtung mit höherer Effizienz zu betreiben.
Bevorzugt besteht die weitere Elektrode oder bestehen die zumindest zwei weiteren Elektroden aus einem Werkstoff ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Pd, Pt, Ti, Rh, Au, Ag, Ni, Cu, Ir, Fe, V, Nb, Ta und deren Legierungen, insbesondere Legierungen von zumindest zwei dieser Elemente miteinander, wobei die Elemente Pd, Pt, Ti, Rh und der Legierungen bevorzugt werden. Es wird damit eine bessere Stabilität des Systems in der Vorrichtung erreicht, insbesondere im Hinblick auf die Standzeit der zumindest einen weiteren Elektrode. Überraschenderweise wurde allerdings auch eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Vorrich- tung, d.h. der Heizleistung, im Vergleich zu Elektroden aus anderen Werkstoffen festgestellt.
Bevorzugt ist die weitere Elektrode oder zumindest eine der zwei weiteren Elektroden im Bereich der Anode oder der Kathode angeordnet. Durch diese Anordnung der weiterer Elektrode oder zumindest einer der weiteren Elektroden wird erreicht, dass das mit den Spannungspul- sen beaufschlagte Fluid im Reaktionsraum bereits kurz nach der Beaufschlagung mit den
Spannungspulsen in den Bereich der zumindest einen der beiden weiteren Elektroden kommt, wobei die Moleküle des Fluids aufgrund der Spannungspulsbeaufschlagung in diesen Bereich noch einen höheren Energiezustand bzw. einen höheren Energieinhalt aufweisen, sodass die Erzeugung der Ionen über die beiden weiteren Elektroden verbessert wird, wobei zusätzlich dazu der Effekt auftritt, dass ein Teil der auf die Moleküle des Fluids übertragenen Energie für diese Erzeugung der Ionen verbraucht wird und nicht für die teilweise Verdampfung des Fluids zur Verfügung steht, sodass in dem Fluid eine Bildung von größeren Gas- bzw.
Dampfbläschen im Millimetermaßstab, welche den Wirkungsgrad, d.h. die Effektivität der Vorrichtung, stören würde, besser vermieden werden kann.
Es hat sich in der Praxis herausgestellt, dass es von Vorteil ist, wenn ein Abstand zwischen den zumindest zwei weiteren Elektroden zumindest 10 %, insbesondere zumindest 25 %, der Länge des Reaktionsraums beträgt, der durch das Gehäuse definiert wird. Die Länge ist dabei in Richtung der Längsmittelachse dieses Reaktionsraums zu verstehen und wird durch den Bereich gebildet, in dem die zumindest eine Anode und die zumindest eine Kathode angeordnet sind. Durch diese geometrische Ausrichtung der beiden weiteren Elektroden kann eine bessere Homogenisierung der von den Elektroden stammenden Ionen im Fluid erreicht wer- den, indem eine ausreichend große Mischstrecke bzw. ein ausreichend großes Volumen für die Homogenisierung des Fluids im Gehäuse, d.h. im Reaktionsraum, zur Verfügung steht. Darüber hinaus ist es damit möglich, zwischen diesen beiden Elektroden eine relativ geringe Spannung anzulegen, sodass die Spannungspulserzeugung zwischen der Anode und der Kathode nicht negativ beeinflusst wird.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die weitere Elektrode oder die zumindest zwei weiteren Elektroden stabförmig mit einem Durchmesser von maximal 30 %, insbesondere maximal 20 %, der kleinsten Abmessung der zumindest einen Kathode ausgebildet sind. Einerseits hat bzw. haben damit die(se) Elektrode(n) einen relativ geringen Platzbedarf, andererseits wird durch die damit verbundene geringe Oberfläche der Elektrode(n) die Erzeugung einer zu großen Konzentration an Ionen im Fluid besser verhindert, sodass die Vorrichtung besser steuerbar ist, da geringe Schwankungen der elektrischen Parameter, mit denen die weitere Elektrode oder die beiden weiteren Elektroden betrieben wird oder werden, die möglicherweise auftreten, keinen wesentlichen Einfluss auf das Fluid haben.
In der bevorzugten Ausführungsvariante ist die Energiequelle für die zumindest zwei weiteren Elektroden eine Konstantspannungsquelle, um damit eine kontinuierliche Erzeugung der Ionen im System zu erreichen. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die weitere Elektrode oder die zumindest zwei weiteren Elektroden in einem Elektrolytbad mit Spannungspulsen mit einer Amplitude aus einem Bereich von 5 V bis 50 V, insbesondere 10 V bis 20 V, vorzugsweise mit 15 V, (Gleichstrom) und einer Pulsdauer ausgewählt aus einem Bereich von 1 bis 10 μ8, insbesondere 3 μβ bis 5 μβ, bei einer Stromstärke ausgewählt aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 2000 A, insbesondere 4000 A, und einer oberen Grenze von 8000 A, insbesondere 6000 A, aktiviert worden sind. Durch diese aktivierte Oberfläche konnte eine deutliche Verbesserung der Effektivität der beiden weiteren Elektroden und damit eine Steigerung des Wirkungsgrades der Vorrichtung erreicht werden. Es ist weiters von Vorteil, wenn das Fluid, welches im Reaktionsraum, d.h. in der Vorrichtung, enthalten ist, Wasser ist und in diesem Wasser ein Elektrolyt enthalten ist, sodass damit bereits eine gewisse Grundleitfähigkeit des Fluids erhalten wird und damit der Energieverbrauch über die beiden weiteren Elektroden gesenkt werden kann.
Vorzugsweise enthält der Elektrolyt Wasserglas (Na2Si03), zumindest eine Lauge, insbesondere KOH, destilliertes oder entionisiertes Wasser, sowie gegebenenfalls Na2S03 und/oder K2S04„ wodurch einerseits Vorteile im Hinblick auf die Erzeugung von Ionen über die beiden weiteren Elektroden beobachtet werden konnten, und andererseits damit auch ein für die Umwelt unproblematischer Elektrolyt in der Vorrichtung enthalten ist.
Die zumindest zwei weiteren Elektroden können in Richtung einer Längserstreckung des Gehäuses und koaxial zueinander im Gehäuse angeordnet sein, womit Vorteile im Hinblick auf die Beruhigung des Fluids im Anschluss an die Spannungspulsbeaufschlagung durch die ge- ringe wirksame Fläche zwischen den beiden Elektroden, welche sich im Wesentlichen auf die einander gegenüberliegenden Endbereiche der Elektroden beschränkt, erreicht werden können.
Zur Verbesserung der Effektivität der Beaufschlagung des Fluids mit den Spannungspulsen im Bereich des Gehäuses, in dem die Elektroden angeordnet sind, ist vorgesehen, dass zumindest eine der Elektroden, insbesondere die Anode, korbförmig ausgebildet ist, wobei vorzugsweise gemäß einer weiteren Ausführungsvariante zumindest eine Elektrode zumindest teilweise innerhalb der korbförmigen Elektrode angeordnet wird, insbesondere die Kathode zumindest teilweise innerhalb dieser korbförmigen Anode. Es kann damit eine homogenere Verteilung der eingebrachten Ladungsträger im Fluid erreicht werden.
Es konnte weiters beobachtet werden, dass die Effektivität der Vorrichtung und in weiterer Folge der Heizungsanlage verbessert werden kann, wenn der Abstand zwischen den Elektroden, insbesondere zwischen der Kathode und der Anode, mindestens 5mm, insbesondere mindestens 7 mm beträgt. Insbesondere ist dies auch von Bedeutung bezüglich der Bläschenbildung im Fluid. In der bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Gehäusemantel zylinderförmig ausgebildet, wodurch sich ein positives Strömungsverhalten des Fluids durch Vermeidung von Kanten etc. und damit die Vermeidung von Verwirbelungen im Fluid erzielen lässt.
Es kann auch vorgesehen sein, dass zumindest eine der Elektroden relativ gegen die weitere Elektrode, insbesondere die Anode relativ zur Kathode und/oder die Kathode relativ zur Anode, verstellbar im Gehäuse angeordnet ist bzw. sind. Es wird damit ermöglicht, dass der Abstand zwischen den Elektroden auch während des Betriebs der Vorrichtung nachjustiert wer- den kann, um damit die Effektivität der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verbessern.
Es kann weiters vorgesehen sein, dass in dem Reaktionsraum zumindest ein Laser angeordnet ist. Es ist mit dem Laser eine Aktivierung der Ionen möglich, die von den beiden weiteren Elektroden bzw. von dem zugesetzten Elektrolyt stammen, wodurch die Leitfähigkeit des Flu- ids und damit die Effektivität der Eintragung der Spannungspulse in das Fluid verbessert werden kann.
Vorzugsweise emittiert der Laser Licht einer Frequenz, die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 300 THz, insbesondere 410 THz, und einer oberen Grenze von 550 THz, insbesondere 490 THz.
Es kann auch hier vorgesehen sein, dass der Laser mit einer Einrichtung zur Erzeugung von intermittierendem Licht verbunden ist, wobei gemäß einer Ausführungsvariante der Laser Lichtpulse abgibt, mit einer Pulsdauer die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 20 μβ, insbesondere 33 β, und einer oberen Grenze von 100 μβ, insbesondere 50 μ8. Ähnlich zur Ausführungsvariante der Erfindung mit intermittierendem Licht aus der bzw. den Leuchtdioden, wurde in der Praxis gefunden, dass intermittierendes Laserlicht, insbesondere einer Frequenz aus dem angegebenen Bereich, die Heizleistung der Vorrichtung bzw. der Heizungsanlage verbessert.
Der Pulsgenerator ist vorzugsweise mit einem Regel- und/oder Steuermodul versehen, um damit eine höhere Genauigkeit der das Fluid eingespeisten Spannungspulse, insbesondere der Form der Spannungspulse, zu erreichen. Alternativ dazu kann der Pulsgenerator für den gleichen Zweck auch mit einer externen Regel- und/oder Steuereinrichtung verbunden sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Heizungsanlage ist der Wärmetauscher als Heizkörper ausgebildet, sodass also diese Heizungsanlage insbesondere zur Erwärmung der Raumluft eines Gebäudes konzipiert ist.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen jeweils in schematisch vereinfachter Darstellung:
Fig. 1 eine Ausführungsvariante einer Vorrichtung zur Erwärmung eines Fluids;
Fig. 2 eine Heizungsanlage;
Fig. 3 eine Variante eines Spannungspulsmusters;
Fig. 4 den Einfluss der Werkstoffwahl für die beiden weiteren Elektroden auf den Wirkungsgrad der Vorrichtung;
Fig. 5 den Einfluss der Aktivierung der beiden weiteren Elektroden auf den Wirkungsgrad der Vorrichtung;
Fig. 6 den Einfluss einer variablen Spannungspulseinspeisung in das Fluid auf den Wirkungsgrad.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, un- ten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Erwärmung eines Fluids, bevorzugt Wasser, dargestellt. Diese umfasst ein Gehäuse 2, umfassend einen Gehäusemantel 3, sowie einen Gehäuseboden 4 und einen Gehäusedeckel 5. Das Gehäuse 2, d.h. der Gehäusemantel 3 und/oder der Gehäuseboden 4 und/oder der Gehäusedeckel 5 sind bevorzugt aus einem dielektrischen Material gefertigt, beispielsweise aus einem Kunststoff, wie z.B. PE, PP, PVC, PS, Plexiglas etc.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind sowohl der Gehäuseboden 4 als auch der Gehäusedeckel 5 über je ein Innengewinde im Gehäusemantel 3 - je ein Gewinde 6 ist je einem der beiden Endbereiche 7, 8 des Gehäusemantels 3 zugeordnet - bzw. ein entsprechendes Außengewinde am Gehäuseboden 4 sowie am Gehäusedeckel 5 mit dem Gehäusemantel 3 verschraubt, so- dass der Gehäuseboden 4 bzw. der Gehäusedeckel 5 entfernbar aus dem Gehäusemantel 3 in diesem angeordnet sind. Anstelle der Verschrauben ist es selbstverständlich möglich, diese Entfernbarkeit über das einfache Einschieben des Gehäusebodens 4 oder des Gehäusedeckels 5 in den Gehäusemantel 3 zu bewerkstelligen, wobei bei dieser Ausführungsvariante darauf geachtet werden soll, dass die entsprechende Dichtheit, z.B. durch Anordnung von Dichtrin- gen oder dgl., wie z.B. O-Ringen, erzielt wird. Daneben ist es aber auch möglich, dass der
Gehäuseboden 4 und/oder der Gehäusedeckel 5 mit einem Presssitz im Gehäusemantel 3 angeordnet sind oder mit diesem auf andere Art nichtlösbar verbunden sind, z.B. durch Verschweißen, etc.. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass nur der Gehäuseboden 4 oder nur der Gehäusedeckel 5 vom Gehäusemantel 3 entfernbar ist. Es ist weiters möglich, dass das Gehäuse 2 einteilig mit dem Gehäuseboden 4 und/oder dem Gehäusedeckel 5 ausgebildet ist.
Bei der Ausführungsvariante der Vorrichtung 1 nach Fig. 1 ist das Gehäuse 2 zylinderförmig ausgebildet. Selbstverständlich besteht aber auch die Möglichkeit - wenngleich die zylinderförmige Ausbildung eine Verringerung des Strömungswiderstandes, der einem durch die Vor- richtung 1 geförderten Fluids 9, insbesondere Wasser, entgegengesetzt wird, ermöglicht -, dass das Gehäuse 2 eine andere Raumformen, wie z.B. kubisch, etc., aufweisen kann. Der Gehäusedeckel 5 weist entlang einer Längsmittelachse 10 eine Ausnehmung, z.B. in Form einer Bohrung, auf, die als Einlauföffnung 11 für das Fluid 9 in die Vorrichtung 1, d.h. in einen Reaktionsraum 12 der Vorrichtung 1, dient. Im Gehäuseboden 4 ist eine Ablauföffnung 13 in Form einer Axialbohrung vorgesehen, um damit den Ablauf des Fluids 9 aus dem Reaktionsraum 12 zu gewährleisten.
Sowohl die Einlauföffnung 11 als auch die Ablauföffnung 13 können aber auch an einer anderen Stelle im Gehäuse 2 der Vorrichtung 1 situiert sein, beispielsweise im Gehäusemantel 3, oder radial im Gehäuseboden 4 oder Gehäusedeckel 5, um damit dem eintretenden Fluid 9 eine Tangentialströmung zu verleihen.
Gegebenenfalls können auch mehr als eine Einlauf Öffnung 11 und/oder mehr als eine Ablauföffnung 13 angeordnet werden, wobei sowohl Öffnung in axialer und/oder radialer Richtung möglich sind, also beispielsweise eine oder mehrere Einlauföffnung(en) 11 in axialer Richtung und eine oder mehrere Einlauföffnung(en) 11 in radialer Richtung und/oder eine oder mehrer Auslauföffnung(en) 13 in axialer Richtung und eine oder mehrer Auslauföffnung(en)
13 in radialer Richtung. Im Reaktionsraum 12 sind zumindest eine Anode 14 und zumindest eine Kathode 15 angeordnet. Die Anode 14 ist bevorzugt korbförmig ausgebildet und ist die zumindest eine Kathode 15 zumindest teilweise innerhalb des durch die Anode 14 definierten Raumes angeordnet, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Zum leichteren Durchtritt des Fluids 9 kann die Anode 14 in einem dem Gehäuseboden 4 zugewandten Endbereich 16 mit einer oder mehreren Durchbrü- chen 17 versehen sein, die bevorzugt in radialer Richtung orientiert sind, sodass das Fluid 9 umgelenkt in senkrechter Richtung auf die Längsmittelachse 10 den durch die Anode 14 definierten Bereich innerhalb des Reaktionsraums 12 verlässt. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Anode 14 gitterförmig ausgebildet ist bzw. dass alternativ oder zusätzlich zu dem Durchbruch 17 oder den Durchbrüchen 17 auch in dem, dem Behälterboden 4 zugewand- ten Teil der Anode 14, also dem„Boden" der korbförmigen Anode 14 derartige Durchbrüche ausgebildet sind. In einer Ausführungsvariante dazu besteht die Möglichkeit, dass die Anode
14 so wie die Kathode 15 stabförmig ausgebildet ist. Es können auch mehrere Anoden 14 und Kathoden 15 angeordnet werden, wobei in diesem Fall eine alternierende Anordnung der Anoden 14 und der Kathoden 15 bevorzugt wird, sodass Paare aus Anode 14 und Kathode 15 gebildet werden.
Die zumindest eine Anode 14 ist mit einem Pluspol 18 und die zumindest eine Kathode 16 ist mit einem Minuspol 19 eines Pulsgenerators 20 elektrisch leitend verbunden.
Der Abstand 25 zwischen der Kathode 15 und der Anode 14 beträgt mindestens 5 mm, insbesondere mindestens 7 mm. Wie Fig. 1 zeigt, ist bei gegenständlicher Ausführungsvariante die Anode 14 beabstandet zum Gehäuseboden 4 im Reaktionsraum 12 angeordnet. Um diese Beabstandung herbeizuführen, ist am Gehäuseboden 4 im Bereich der Auslassöffnung 13 für das Fluid 9 aus dem Reaktionsraum 12 ein domförmiger Aufsatz 21 vorgesehen, der als Höhenverstelleinrichtung für die zumindest eine Anode 14 dienen kann. Insbesondere ist dieser Aufsatz 21 wiederum rotati- onssymmetrisch, bolzenförmig ausgebildet und in einer zentrischen Bohrung 22 im Gehäuseboden 4 gehaltert.
Dieser Aufsatz 21 kann aber wiederum auch andere geometrische Formen aufweisen, beispielsweise prismenartig, sodass diese Bohrung 22 dem äußeren Umfang des Aufsatzes 21 entsprechend gestaltet sein kann.
Des weiteren ist es möglich, dass dieser Aufsatz 21 nicht bis in den Gehäuseboden 4 ragt, sondern auf diesem aufgesetzt ist, z.B. mit diesem verklebt ist, oder über anders artige Verbindungstechniken, wie z.B. Schweißen, mit dem Gehäuseboden 4 verbunden ist. Beim ge- genwärtigen Ausführungsbeispiel ist dieser Aufsatz 21 mit einem Außengewinde 23 versehen, welches in ein Innengewinde 24 der Bohrung 22 eingreift. Damit ist eine gewisse Hö- henverstellbarkeit dieses Aufsatzes 21 möglich, sodass ein Abstand 25 zwischen der Anode 14 und der Kathode 15, also in der gegenwärtigen Ausführungsvariante die Eintauchtiefe der Kathode 14 in die korbförmige Anode 14, einstellbar wird.
Neben dieser Einschraub- und Ausschraubbarkeit des Aufsatzes 21 ist es auch möglich, diesen in der Bohrung 22 verschiebbar auszubilden und damit ebenfalls diese Einstellbarkeit dieses Abstandes 25 zu erreichen. Im Verlauf der Längsmittelachse 10 weist dieser Aufsatz 21, der bevorzugt ebenfalls aus einem dielektrischen Werkstoff besteht, eine nicht in Richtung der Längsachse 10 durchgehende Öffnung 26 auf, welche in Strömungsrichtung des Fluids 9 (Pfeil 27) hinter der Öffnung 10 im Gehäuseboden 4 angeordnet ist.
Im Bereich des Gehäusebodens 4, ist in dem Aufsatz 21 zumindest eine Radialbohrungen 28 vorgesehen, über die das Fluid 9 aus dem Reaktionsraum 12 austreten kann. Es ist jedoch auch möglich, dass die Ablauföffnung 13 nicht zentrisch im Gehäuseboden ausgebildet ist, sondern azentrisch und neben der Aufnahme des Aufsatzes 21 im Gehäuseboden, sodass auf diese Radialbohrung(en) 28 verzichtet werden kann. Die erstgenannte Variante hat jedoch den Vorteil, dass die Verweilzeit des Fluids 9 im Reaktionsraum 12 verlängert werden kann, was in Hinblick auf die Erfindung für die Beruhigung des Fluids 9 von Vorteil ist. Es besteht weiters die Möglichkeit, dass mehrere Radialbohrungen 28 höhenversetzt im Aufsatz 21 vorgesehen werden.
In einer Ausführungsvariante hierzu ist es möglich, dass der Gehäuseboden 4 und der Aufsatz 21 einstückig ausgebildet sind, wobei gegebenenfalls die Höhenverstellbarkeit und dadurch die Verstellbarkeit des Abstandes 25 durch die Einschraubbarkeit des Gehäusebodens 4 in den Gehäusemantel 3 erreicht werden kann.
Die Anode 14 kann auch so ausgebildet sein, dass sie den Aufsatz 21 zumindest teilweise umgibt. Nach unten, d.h. in Richtung auf den Gehäusebodens 4, kann die Anode 14 bei dieser Variante über eine entsprechende Befestigungseinrichtung, z.B. eine Mutter oder einen umlaufenden Steg oder dgl., in ihrer Höhenlage fixiert werden. Auf dieser Befestigungseinrich- tung liegt im einfachsten Fall die Anode 14 entfernbar auf. Letztere kann aber selbstverständlich mit dieser Befestigungseinrichtung verbunden sein.
Es besteht weiters die Möglichkeit, dass die Anode 14 zwar korbförmig ausgebildet ist, allerdings sich nur in Richtung auf den Gehäuseboden 4 erstreckt. In diesem Fall hat die Kathode 15 eine Flächenausdehnung, die parallel zum Boden der Anode 14 verläuft, kann also im wesentliche auch mit ihrer wirksamen Fläche nur waagrecht eingebaut werden, im Vergleich zur senkrechten Orientierung dieser Fläche in Fig. 1. Die Kathode 15 ist bei gegenständlicher Ausführungsvariante ebenfalls zylindrisch ausgebildet. Gehaltert wird die Kathode 15 ebenfalls in einer Axialbohrung 29 des Gehäusedeckels 5, wobei dieser Axialbohrung 29 naturgemäß einen größeren Durchmesser aufweist, als die Einlauföffnung 11 für das Fluid 9.
Bevorzugt ist diese Kathode 15 in die Axialbohrung 29 einschraubbar ausgebildet bzw. kann diese einsteckbar sein. Andererseits ist es selbstverständlich möglich, die Kathode 15 bewegungsfest mit dem Gehäusedeckel 5 zu verbinden. Um den Eintritt des Fluids 9 in den Reaktionsraum 12 zu ermöglichen, kann diese Kathode 15 eine zentrische, durchgehende Bohrung 30 in Strömungsrichtung des Fluids 9 (Pfeil 26) aufweisen, die an die Einlauföffnung 11 anschließt.
Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass, für den Fall, dass in gegenständlicher Beschreibungen eine Bohrung an sich angesprochen sind, es selbstverständlich möglich ist, bei anderen Geometrien der darin eingesetzten Gegenstände, diese Bohrungen generell als Ausnehmungen zu bezeichnen sind, mit entsprechend angepassten Querschnitten.
Die Kathode 15 kann aber auch zur Gänze oder teilweise in radialer Richtung vom Gehäuse- deckel 5 abgedeckt sein, sodass in diesem Fall es von Vorteil ist, wenn im Gehäusedeckel 5 eine entsprechende Bohrung bzw. Ausnehmung mit größerem Durchmesser als die die Axialbohrung 29 vorgesehen, um damit einen Kathodenraum im Bereich der Kathode 15 auszubilden, wie dies strichliert in Fig. 1 angedeutet ist. Der Gehäusedeckel 5 kann die Kathode 15 in Richtung auf den Reaktionsraum 12 auch überdecken.
Es ist auch möglich die zumindest eine Einlauföffnung 11 azentrisch im Gehäusedeckel 5 auszubilden, sodass die Durchströmung des Fluids durch die Kathode 15 und damit die Axialbohrung 29 entfallen kann. Es ist weiters möglich, dass die Kathode 15 im unteren, in Richtung auf den Behälterboden 4 weisenden Endbereich geschlossen ausgeführt ist und dafür zumindest eine Radialbohrung in der Kathode 15 für den Austritt des Fluids 9 in den Reaktionsraum 12 vorgesehen wird. Wie bereits angedeutet, ist es möglich, dass mehrere einzelne Anoden 14 sowie mehrere einzelne Kathoden 15 im Reaktionsraum 12 angeordnet sind, beispielsweise in Form von Elektrodenplatten oder gitterförmigen Elektroden, wobei diese gegebenenfalls Pakete bilden können.
Generell können die Anode 14 und die Kathode 15 in Strömungsrichtung des Fluids 9 hintereinander oder nebeneinander angeordnet sein.
Des weiteren ist es möglich, dass der Gehäuseboden 4 und/oder Gehäusedeckel 5 nicht in einer Innenbohrung des Gehäusemantels 3 angeordnet sind, sondern umgekehrt hierzu diesen Gehäusemantel 3 außen übergreifend ausgebildet sind in Art eines Steck- oder Schraubdeckels 5.
Die Größe des Reaktionsraumes 12 ist variierbar, insbesondere im Hinblick auf die ge- wünschte Heizleistung der Vorrichtung 1, die beispielsweise von 5 kW bis 40 kW betragen kann.
Des Weiteren kann damit auch die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids 9 im Reaktionsraum 12 selbst beeinflusst werden.
Der Gehäuseboden 4 und/oder der Gehäusedeckel 5 können an ihren äußeren Enden stutzen- förmige Fortsätze aufweisen, um beispielsweise das Anschließen des Wärmegenerators 1 an einen Heizkreislauf oder dgl. zu vereinfachen. Dazu können diese stutzenförmigen Fortsätze des Gehäusebodens 4 und des Gehäusedeckels 5 mit entsprechenden Gewinden ausgestattet sein. Eine übliche Verschraubung mit Überwurfmuttern oder dgl., z.B. eine Holländerver- schraubung, wie diese aus dem Heizungsbereich bekannt sind, ist selbstverständlich möglich.
Des weiteren ist es gemäß einer Ausführungsvariante hierzu möglich, dass der Aufsatz 21 durch den Gehäuseboden 4 hindurchragt und damit von Außen, d.h. außerhalb des Reaktions- raums 12, bedienbar ist, um z.B. die Nivellierung des Abstandes 25 zwischen Anode 14 und Kathode 15 im Nachhinein zu korrigieren bzw. um die Einstellbarkeit auch von außerhalb zu ermöglichen. Es ist weiters möglich, dass auch die Kathode 15 wie die Anode 14 höhenverstellbar angeordnet ist, bzw. dass nur die Kathode 15 in ihrer relativen Stellung zur Anode 14 verstellbar ausgebildet ist. Dabei sei erwähnt, dass die Verstellbarkeit selbstverständlich motorbetrieben sein kann, also nicht nur manuell erfolgen muss, wozu dieser Aufsatz 21 z.B. mit einem entsprechenden Antrieb versehen sein kann. Dieser Antrieb kann mikroelektronisch ausgebildet sein, da üblicherweise die Absolutbeträge der Verstellung im Betrieb der Vorrichtung 1 nicht allzu groß sind, sondern lediglich als Nachjustierungen zu verstehen sind, sofern beim Erstbetrieb bereits der richtige Abstand 25 zwischen der Anode 14 und der Kathode 15 eingestellt wurde. Es sollen damit lediglich Wärmausdehnungen, die gegebenenfalls auftreten können, ausgeglichen werden, sodass die Effizienz der Vorrichtung 1 weiter gesteigert bzw. optimiert werden kann. Der Abstand 25 zwischen der zumindest einen Anode 14 und der zumindest einen Kathode 15 kann in Abhängigkeit von der gewünschten Leistung der Vorrichtung 1 ausgewählt sein aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 7 mm und einer oberen Grenze von 10 cm bzw. mit einer unteren Grenze von 10 mm und einer oberen Grenze von 5 cm, wobei die Energieausbeute in diesem Bereich überraschend groß ist.
Üblicherweise sind sowohl die Anode 14 als auch die Kathode 16 aus einem metallischen Werkstoff.
Die Anode 14 kann auch anders im Gehäuse gehaltert sein, beispielsweise ebenfalls über den Behälterdeckel 5, sodass auf den Aufsatz 21 verzichtet werden kann und damit der Bereich des Reaktionsraumes 12 nach den Elektroden größer wird, bzw. das Gehäuse kompakter ausgeführt werden kann. Weiters besteht die Möglichkeit, dass die Anode 14 sich auf einem in Richtung auf die Längsmittelachse 10 weisenden Vorsprung des Gehäusemantels 3 abstützt. Die Strömungsrichtung des Fluids 9 kann hinsichtlich des Zulaufs auch umgekehrt werden, indem dieses Fluid 9 durch den Aufsatz 21 zugeführt wird. Dazu kann in der Anode 14 im Bereich des Anliegens an dem Aufsatz 21 eine Austrittsöffnung vorgesehen werden, über die das Fluid 9 in den Bereich zwischen die Anode 14 und die Kathode 15 zugeführt wird. Nach dem Durchströmen dieses Bereichs wird das Fluid 9 im Bereich des Behälterdeckels 5 umgelenkt und gelangt durch zumindest eine azentrische Auslauföffnungen im Behälterboden wieder aus dem Reaktionsraum 12. Aus Fig. 2 die bevorzugte mögliche Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Diese ist im Strömungskreislauf einer Heizungsanlage 31, z.B. einer Zentralheizung oder eines Heizkörpers 32, angeordnet. Der Heizkörper 32 kann aus einem beliebigen Material, insbesondere rostfreien Stahl, Kupfer, oder dgl. gebildet sein. Die Vorrichtung 1 umfasst weiters den Pulsgenerator 20. Selbstverständlich sind weitere Einrichtungen, wie zumindest eine Pumpe 33, zumindest ein Ausdehnungsgefäß 34, gegebenenfalls einem Gasabsorber 35, Überdrucksicherungen, Kotroll- und Messeinrichtungen, etc., nach Bedarf anordenbar, wie dies aus der Heizungstechnik im Bereich von Zentralheizungssystemen bekannt ist. Des Weiteren können in diesem Heizungskreislauf selbstverständlich auch weitere Regelaggregate 37 enthalten sein.
Der Pulsgenerators 20 kann elektromechanisch oder elektronisch aufgebaut sein. In der elektromechanischen Ausführung umfasst der Pulsgenerator einen Elektromotor, einen Spannungspulsgenerator und einer Pumpe, insbesondere einer Hydraulikpumpe, wobei diese Ele- mente des Pulsgenerators 20 in der angegebenen Reihenfolge auf einer gemeinsamen Welle hintereinander angeordnet sind. Zum Unterschied zum elektromechanischen Pulsgenerator 20 ist der elektronische Pulsgenerators 20 bevorzugt modulartig aufgebaut, wobei in einem ersten Energieeinspeisungsmodul, z.B. einem Trafo, die vom Netz oder anderen Energiequellen, wie z.B. Akkumulatoren, etc., eingespeiste elektrische Energie galvanisch vom erdbezogenen Energiesystem getrennt wird. Für den Fall der Wechselstromeinspeisung, erfolgt gegebenenfalls in einem Gleichrichtermodul, z.B. mit herkömmlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Gleichrichterelementen, die Gleichrichtung der eingespeisten Energie. Mit dem Energieeinspeisungsmodul bzw. dem Gleichrichtermodul leitungsverbunden ist ein Versorgungsmodul, mit welchem die kontinuierliche Gleichspannung in eine pulsierende Gleich- Spannung umgewandelt wird. Mit dieser pulsierenden Gleichspannung wird in der Folge über die Anode 14 und Kathode 15 das Fluid 9 im Elektrodenzwischenraum beaufschlagt. Zur Regelung und/oder Steuerung ist bevorzugt ein Regel- und/oder Steuermodul vorgesehen, dass aus einzelnen Kondensatoren, Transistoren, zumindest einem IGBT, aufgebaut ist und bei- spielsweise in einer Ausführungsvariante in Form einer Platine ausgeführt sein kann. Mit Hilfe diesem Regel- und/oder Steuermodul ist beispielsweise die Regelung und/oder Steuerung von Pulsbreiten, Pulsdauern sowie der Wiederholfrequenz der Spannungspulse möglich. Als Regelkriterium kann dabei eine Temperatur gemäß einem Temperaturregelkreis herangezogen werden, wobei dieser Temperaturregelkreis seine Daten aus der Temperatur des Fluids 9, insbesondere der Solltemperatur des Fluids 9 in der Heizanlage 31 erhält. In dieser Heizanlage 31 ist es möglich, wie an sich bekannt, z.B. Thermostaten als Temperaturmessfühler vorzusehen. Andere regeltechnische Eingangsgrößen können z.B. chemische und physikalische Parameter sein, beispielsweise der pH- Wert des Fluids 9 oder ein Druck bzw. eine Konzentration an einem chemischen Zuschlagsstoff für das Fluid 9, beispielsweise einer Lauge, oder die elektrische Leitfähigkeit des Fluids 9. Es sind somit die Spannungspulse sowohl in der Pulsform als auch in der Amplitude einstellbar, wobei insbesondere auch die Steilheit der Flanken (dU/dt) der Spannungspulse aus dem Pulsgenerator 20 eingestellt bzw. geregelt werden kann, insbesondere die Anstiegsflanke und/oder die abfallende Flanke. Es sind damit Spannungspulse mit steil aufsteigender und flach bzw. sanft abfallender Flanke einstellbar, insbesondere Rechteckpulse.
Dieser elektronische Pulsgenerator 20 kann, wie bereits erwähnt, mit Primärenergie, d.h. elektrischem Strom, direkt aus dem Versorgungsnetz des Elektroversorgungsunternehmens gespeist werden. Ebenso ist es aber möglich über einen Zwischenkreis aus einer beliebigen Stromquelle auch unterschiedliche Signalformen mit unterschiedlichen Frequenzen einzuspei- sen und sind hierfür im elektronischen Pulsgenerator 20 aus dem Stand der Technik bekannte Transistoren etc., im Einsatz, um die letztendlich gewünschte Pulsform zu erhalten.
Um eine Überhitzung des Pulsgenerators 20 zu vermeiden, kann in diesem ein entsprechendes Kühlmodul vorgesehen sein, beispielsweise in Form von Kühlrippen, z.B. aus Aluminiumpro- filen.
Die Funktionsweise der Vorrichtung 1 kann wie folgt zusammengefasst werden. Der Pulsgenerator 20 wird an das Versorgungsnetz, d.h. das Stromnetz, geschaltet. Die von diesem er- zeugten Spannungspulse werden über die Anode 14 und die Kathode 15 auf das Fluid 9 im Strömungskreislauf der Heizanlage 31 übertragen und erzeugen dort in dem Fluid 9 die gewünschte Wärme. Dabei wird das Fluid 9 mit der Pumpe 35 in Strömung gehalten, welche einerseits das Bauteil des elektromechanischen Pulsgenerators 20 sein kann bzw. bei Verwen- dung eines elektronischen Pulsgenerators als gesonderter Bauteil der Heizanlage 31 ausgeführt sein kann. Das Fluid 9 wird bevorzugt in einem geschlossenen Kreislauf durch die Strömungseinrichtungen der Heizanlage 31 und damit auch durch die Vorrichtung 1, insbesondere dessen Reaktionsraum 12, geführt. Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass es möglich ist, anstelle eines Heizkörpers 32 andere Wärmetauscher zu verwenden, beispielsweise großflächige Plattenwärmetauscher, Schlangenwärmetauscher, etc., bei denen die Wärme von dem primär, durch die Vorrichtung 1 erwärmten Fluid auf ein sekundäres Fluid in an sich bekannter Weise übertragen wird, um beispielsweise Häuser, Industrieanlagen oder dgl. zu beheizen.
Es hat sich dabei als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Fluid 9 mit einer Base versetzt wird, sodass dieses einen basischen pH- Wert aufweist. Dabei kann der pH- Wert aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 7,1 und einer oberen Grenze von 12 bzw. insbesondere bevorzugt mit einer unteren Grenze von 9 und einer oberen Grenze von 11 ausgewählt sein. Zur Herstellung des basischen pH- Wertes kann prinzipiell jede Base verwendet werden, besonders bevorzugt sind jedoch Natronlauge, Kalilauge, Calziumhydroxyd oder Calziumcarbonat.
Als Pulsfrequenzen für die Spannungspulse haben sich als besonders vorteilhaft Frequenzen herausgestellt, ausgewählt aus einem Bereich mit einer oberen Grenze von 500 Hz und einer unteren Grenze von 100 Hz, insbesondere mit einer oberen Grenze von 300 Hz und einer unteren Grenze von 150 Hz.
Die Pulsdauer der Spannungspulse kann ausgewählt werden aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 10 und einer oberen Grenze von 250 μ8, insbesondere aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 40 μβ und einer oberen Grenze von 200 8. Die Pulsamplitude der Spannungspulse kann ausgewählt werden aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 300 V und einer oberen Grenze von 1500 V, insbesondere aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 500 V und einer oberen Grenze von 1200 V. Die Pulspausen zwischen den Spannungspulsen können ausgewählt werden aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 2 und einer oberen Grenze von 20 μ8, insbesondere aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 5 8 und einer oberen Grenze von 8 μβ.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Pulsgenerator 20 zur Abgabe von variablen Spannungspulsen ausgebildet ist. Damit ist gemeint, dass die Pulsfrequenz und/oder die Pulsdauer und/oder die Pulspausen und/oder die Amplitude der Spannungspulse in der zeitlichen Abfolge variieren können, sodass sich kein regelmäßiges Muster der abgegebenen Spannungspulse ergibt. Es ist dazu in Fig. 3 eine Abfolge von Rechteckspannungspulsen dargestellt mit variabler Spannungspulsgestaltung in diesem Sinne. Die Parameter für die Spannung und die Pulsdauer sind aus den voranstehend genannten Bereichen dazu ausgewählt. Da es sich lediglich nur um ein Beispiel handelt, wurden keine konkreten Werte im Diagramm angegeben. Es soll damit lediglich ein Muster für Spannungspulse dargestellt werden.
Es ist genauso möglich, dass innerhalb einer Gruppe von aufeinander folgenden Spannungs- pulsen die Spannung nicht auf Null absinkt, sondern nach einem Spannungspuls auf einem vorbestimmbaren Niveau verbleibt, bevor der nächste Spannungspuls folgt.
Selbstverständlich ist das Beispiel nach Fig. 3 nur stellvertretend für verschiedenste Spannungspulsmuster zu sehen. Die Amplitude der Spannungspulse, die Dauer der Spannungspul- se sowie die Pulspausen sind dabei aus voranstehend genannten Bereichen ausgewählt.
Um dies zu erreichen, kann der Pulsgenerator 20 einen Zufallsgenerator umfassen bzw. kann auch hierzu eine entsprechende, softwaretechnische Ausführung vorgesehen werden. Wie bereits erwähnt, werden vorzugsweise Rechteckspannungspulse verwendet. Es ist aber im Rahmen der Erfindung möglich, Spannungspulse zu verwenden mit einer steilen Anstiegsflanke von zumindest 25 Υ/μβ. Die Pulsfrequenz der Spannungspulse kann auch ausgewählt werden aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 20 Hz, insbesondere 800 Hz, vorzugsweise 2530 Hz, und einer oberen Grenze von 20 kHz, insbesondere 11 kHz. Die abfallende Flanke der Spannungspulse kann ebenso steil gewählt werden wie die An- stiegsflanke, jedoch besteht hier die Möglichkeit, wenngleich dies nicht die bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung ist, andere Steigungen mit mindestens 15 ν/μβ zu wählen.
Es kann weiters vorgesehen sein, dass im Reaktionsraum 12 zumindest zwei weitere Elektro- den 38, 39 angeordnet sind, die mit einer Energiequelle 40 elektrisch leitend verbunden sind. Die Energiequelle 40 kann bei geeigneter Auslegung auch im Pulsgenerator 20 angeordnet sein, wobei bei dieser Ausführungsvariante gewährleistet sein muss, dass die Energieversorgung der beiden weiteren Elektroden 38, 39 ohne gegenseitige Beeinflussung mit der Energieversorgung der Elektroden zur Erzeugung der Spannungspulse zwischen der Anode 14 und der Kathode 15 erfolgt.
Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung möglich, dass auch mehr als zwei weitere Elektroden 38, 39 im Reaktionsraum 12 angeordnet sind, beispielsweise bei der Ausführungsvariante nach Fig. 1 links und rechts der Anode 14 und in Richtung der Längserstre- ckung 10 sich erstreckend, wobei in diesem Fall die weiteren Elektroden 38, 39 jeweils paarweise mit elektrischer Energie aus der Energiequelle 40 versorgt werden können.
Es besteht auch die Möglichkeit die beiden weiteren Elektroden 45, 46 zylindermantelförmig auszubilden, sodass es beispielsweise möglich ist, dass diese beiden weiteren Elektroden 45, 46 die zumindest eine Anode 14 und die zumindest eine Kathode 15 zumindest teilweise umgebend angeordnet werden.
Prinzipiell, wenngleich nicht bevorzugt, besteht auch die Möglichkeit der Anordnung von nur einer weiteren Elektrode 45 oder 46, wobei die Gegenelektrode in diesem Fall durch die zu- mindest eine Anode 14 oder die zumindest eine Kathode 15 gebildet wird, die abwechselnd zur Ausbildung des jeweiligen Elektrodenpaares über eine Regel- und/oder Steuereinrichtung geschaltet werden kann. Es sind daher die folgendem Ausführungen auch in diesem Sinne zu lesen. Insbesondere ist es dabei wiederum möglich, diese drei Elektroden Anode 14, Kathode 15 und weitere Elektrode 45 oder 46 konzentrisch zueinander und zumindest teilweise ineinander (bei unterschiedlichem Durchmesser, anzuordnen. Es besteht dabei weiters die Möglichkeit, dass die zumindest eine Kathode 15 oder die zumindest eine Anode 14 zumindest zwei elektrisch nicht leitend miteinander verbundene Bereiche aufweist, jeweils ein Bereich für die Ausbildung des Elektrodenpaares Anode 14 - Kathode 15 und ein Bereich für die Ausbildung des Elektrodenpaares mit der weiteren Elektrode 45 oder 46.
Die weiteren Elektroden 38, 39 können aus demselben Werkstoff oder aus zueinander unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sein. Jedenfalls bestehen die beiden weiteren Elektroden 38, 39 aus einem Metall oder einer Metalllegierung. Als mögliche Metalle kommen z.B. Pd, Pt, Ti, Rh, Au, Ag, Ni, Cu, Ir, Fe, V, Nb, Ta und deren Legierungen in Frage. Es hat sich je- doch im Rahmen der Tests der Vorrichtung 1 herausgestellt, dass eine Silberlegierung mit in Summe bis zu 25 Gew.- Ni und/oder Nb und/oder Ta, insbesondere in Summe bis zu 15 Gew.-% Ni und/oder Nb und/oder Ta, oder eine Platinlegierung mit in Summe bis 20 Gew.- %, insbesondere in Summe 12 Gew.-%, Rhodium und/oder Ni und /oder Ir, Vorteile im Hinblick auf den Wirkungsgrad der Vorrichtung 1, d.h. eine bessere Heizleistung der Vorrichtung 1, bringt, wie dies im Nachfolgenden noch erläutert wird. Es besteht dabei auch die Möglichkeit, dass zumindest eine der Elektroden 38, 39 einen Trägerkern für die voranstehend genannten Metalle bzw. Legierungen aus einem metallischen Träger aufweist, der aus einem hinsichtlich der Kosten günstigeren Metall oder einer günstigeren Metalllegierung besteht, beispielsweise Stahl, wobei die voranstehend genannten Metalle bzw. Legierungen insbeson- dere galvanisch mit Verfahren nach dem Stand der Technik auf diesem Trägerkern abgeschieden werden.
Wie in Fig. 1 dargestellt, ist bevorzugt zumindest eine der beiden weiteren Elektroden 38, 39 im Bereich der Anode 14 angeordnet. Sollte dabei die relative Lage der Anode 14 zur Katho- de 15 umgedreht sein, sodass also die Kathode 15 außerhalb der Anode 14 im Reaktionsraum 12 angeordnet ist, besteht die Möglichkeit, dass zumindest eine der beiden weiteren Elektroden 38, 39 im Bereich der Kathode 15 angeordnet wird. Obwohl dies die bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung ist, besteht selbstverständlich die Möglichkeit, diese zumindest zwei weiteren Elektroden 38, 39 in einem anderen Bereich des Reaktionsraumes 12 anzuordnen, beispielsweise können diese weiteren Elektroden 38, 39 unterhalb der Anode 14 in Fig. 1, in jenem Bereich der zwischen der Anode 14 und dem Ge- häuseboden 4 ausgebildet ist, angeordnet werden. Die Anordnung sollte dabei jedenfalls so sein, dass zwischen den beiden Elektroden 38, 39 eine freie Strecke für die Strömung des Fluids 9 verbleibt, sodass also eine Anordnung der beiden Elektroden 38, 39 mit dazwischen liegenden Aufsatz 21 im Rahmen der Erfindung nicht gewünscht ist. Ein Abstand 41 zwischen diesen beiden Elektroden 38, 39 beträgt vorzugsweise maximal 10 %, insbesondere zumindest 25 %, der Länge des Reaktionsraumes 12, d.h. der Längserstreckung des Reaktionsraums 12 in Richtung der Längsmittelachse 10 zwischen dem Gehäuseboden 4 und dem Gehäusedeckel 5. Der Reaktionsraum 12 ist dabei durch den Bereich gebildet, in dem die zumindest eine Anode 14 und die zumindest eine Kathode 15 angeordnet sind. Dabei ist der Abstand 41 der kleinste Abstand zwischen diesen beiden Elektroden 38, 39. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsvariante ist dieser Abstand 41 die Distanz zwischen den beiden Endbereichen der beiden weiteren Elektroden 38, 39.
Sollten die beiden weiteren Elektroden 38, 39 in der Vorrichtung 1, d.h. im Reaktionsraum 12 nebeneinander angeordnet sein, d.h. parallel zueinander, so bezeichnet dieser Abstand 41 jene Distanz, die zwischen den beiden aufeinander zu weisenden Oberflächen der Elektroden 38, 39 ausgebildet ist.
Wie in Fig. 1 dargestellt sind diese beiden weiteren Elektroden 38, 39 bevorzugt stabförmig ausgebildet. Dabei weist ein Durchmesser 42 der stabförmigen Elektroden 38, 39 eine Abmessung von maximal 30 % der kleinsten Abmessung der zumindest einen Kathode 15 auf. Bevorzugt werden jedoch im Rahmen der Erfindung aus voran stehenden Gründen, wenn dieser Durchmesser 42 einen Maximalwert von 20 % der kleinsten Abmessung der zumindest einen Kathode 15 aufweist.
Obwohl im Rahmen der Erfindung mehrere verschiedene Anordnungsmöglichkeiten der zumindest zwei weiteren Elektroden 38, 39 im Reaktionsraum 12 bestehen, ist es bevorzugt, wenn diese zwei weiteren Elektroden 38, 39 in Richtung der Längserstreckung 10 des Gehäuses und koaxial zueinander im Gehäuse 2 angeordnet sind, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.
Des Weiteren müssen die Elektroden 38, 39 nicht zwangsweise stehend, wie in Fig. 1 darge- stellt, im Reaktionsraum 12 angeordnet sein, sondern können diese auch liegend angeordnet werden, d.h. mit ihrer größten Längserstreckung zumindest annähernd senkrecht zur Längsmittelachse 10 der Vorrichtung 1 orientiert sein.
Die Energiequelle 41 für die zumindest zwei weiteren Elektroden 38, 39 ist bevorzugt eine Konstant-Spannungsquelle, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Sollte als primäre Energiequelle eine Wechselspannung herangezogen werden, weist diese Energiequelle 41 bevorzugt einen Gleichrichter auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung werden die Elektroden 38, 39 oberflächenaktiviert, bevor sie in den Reaktionsraum 12 der Vorrichtung eingebaut werden. Dazu werden die beiden Elektroden 38, 39 in einem Elektrolytbad mit Spannungspulsen mit einer Amplitude aus einem Bereich von 5 V bis 50 V beaufschlagt. Die Pulsdauer der Spannungspulse ist dabei ausgewählt aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 1 und einer oberen Grenze von 10 με. Die Stromstärke ist ausgewählt aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 2000 A und einer oberen Grenze von 8000 A. Das Elektrolytbad, in dem diese Aktivierung stattfindet, enthält bevorzugt Wasserglas (Na2Si03), zumindest eine Lauge, insbesondere KOH, destilliertes oder entionisiertes Wasser, sowie gegebenenfalls Na2S03 und/oder K2S04, Der Wasserglasanteil kann dabei ausgewählt sein aus einem Bereich von 0,05 Gew.-% bis 10 Gew.- , insbesondere 0,1 Gew.- bis 1 Gew.-%. Der Laugenanteil kann ausgewählt sein aus einem Bereich von 0,05 Gew.- bis 5 Gew.- , insbesondere 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-%. Den Rest auf 100 Gew.- bildet das Wasser, sofern nicht Hilfsmittel im Elektrolytbad enthalten sind, wie z.B. voranstehend angegebene, wobei deren Anteil in Summe auf 10 Gew.-% beschränkt ist. Durch diese Aktivierung wird die Oberfläche der Elektroden 38, 39 verändert. In einer Ausführungsvariante dazu besteht die Möglichkeit, gleichzeitig mit der Aktivierung die Abscheidung des Metalls oder der Legierung auf dem voranstehend genannten Tägerkern durchzuführen. In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dem Fluid 9, insbesondere dem Wasser, ein Elektrolyt zugesetzt. Als Elektrolyt kann dabei ein in Wasser bzw. dem Fluid lösliches Leitsalz verwendet werden, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Bevorzugt enthält der Elektrolyt allerdings neben Wasser KOH in einem Anteil von maximal 5 Gew.-%.
Wie bereits voranstehend ausgeführt, kann, wenn Wasser als Fluid 9 verwendet wird, diesem vorzugsweise eine Lauge bzw. Base, oder zumindest ein Elektrolyt zugesetzt werden. Es wird damit die Leitfähigkeit des Wassers durch das Vorhandensein von Ionen erhöht, wobei die Ionen auch von den beiden weiteren Elektroden 38, 39 stammen. In diesem Fall hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in dem Reaktionsraum zumindest ein Laser 43, das heißt der lichtabgebende Teil eines Lasers 43, angeordnet wird, wie dies schematisch in Fig. 1 dargestellt ist. Insbesondere ist dieser lichtabgebende Teil des Lasers 43 wiederum im Gehäusemantel 3 angeordnet, bzw. besteht auch die Möglichkeit diesen lichtabgebenden Teil des Lasers 43 weiter in Richtung auf die Längsmittelachse 10 des Reaktionsraums 12 zu verlagern, wozu entsprechende Einrichtungen im Gehäusemantel 3, beispielsweise Einsteckhülsen etc., vorgesehen werden können. Es ist andererseits möglich, den Gehäusemantel 3 aus einem transparenten Werkstoff zu fertigen und das Laserlicht von außen in den Reaktionsraum 12 einzustrahlen. Der Laser 43 ist vorzugsweise ein Rotlichtlaser, wobei der Laser 43 vorzugsweise Licht einer Frequenz emittiert, die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 300 THz und einer oberen Grenze von 550 THz.
Gemäß einer Ausführungsvariante dazu kann auch für den Laser 43 vorgesehen werden, dass dieser intermittierendes Licht emittiert, wozu der Laser 43 über eine entsprechende Einrichtung zur Erzeugung dieses intermittierenden Lichtes verfügt bzw. mit dieser verbunden ist. Dabei kann eine Pulsdauer der Laserlichtpulse ausgewählt sein aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 20 μβ, insbesondere 33 μβ, und einer oberen Grenze von 100 μβ, insbesondere 50 8.
In Fig. 4 ist nun der Einfluss der Werkstoffwahl für die beiden Elektroden 38, 39 auf den Wirkungsgrad der Vorrichtung 1 dargestellt.
Mit Wirkungsgrad im Sinne der Erfindung ist gemeint, dass das Verhältnis der aufgenommenen Energie zur abgegebenen Energie in Form von Heizleistung betrachtet wird. In Fig. 4 bezeichnet ein Balken 44 die Verwendung von PtNi5 als Elektrodenmaterial, ein
Balken 45 die Verwendung von Pt als Elektrodenmaterial, ein Balken 46 die Verwendung von einer Legierung der Zusammensetzung AgNi5 als Elektrodenmaterial, ein Balken 47 die Verwendung von Ni als Elektrodenmaterial und ein Balken 48 die Verwendung von Stahl als Elektrodenmaterial.
Wie aus der Darstellung in Fig. 4 ersichtlich ist, weist die bevorzugt verwendete Legierung AgNi5 als Elektrodenmaterial einen deutlich höheren Wirkungsgrad auf, als die Elektroden aus den anderen genannten Werkstoffen. Zwar ist dabei der Unterschied im Wirkungsgrad zwischen PtNi5 und AgNi5 als Elektrodenmaterial (Balken 44) anscheinend nur geringfügig, jedoch bedeutet dieser Unterschied nach wie vor eine Steigerung des Wirkungsgrades der Vorrichtung 1 um 3 % bis 5 % durch die Verwendung des Elektrodenmaterials AgNi5, was im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit der Vorrichtung 1, und insbesondere im Hinblick auf die Reduktion der Umweltbelastung Vorteile bringt. In Fig. 5 ist der Einfluss der Aktivierung der Oberfläche der beiden Elektroden 38, 39 auf den Wirkungsgrad der Vorrichtung 1 gezeigt. Dabei stellt ein Balken 49 die Verwendung von nicht aktiviertem AgNi5 dar, ein Balken 50 dieselben Elektroden, allerdings mit aktivierter Oberfläche. Durch die voranstehend beschriebene Aktivierung der Oberfläche wird also, wie ersichtlich ist, ein deutlicher Anstieg des Wirkungsgrades im Vergleich zu Elektroden glei- eher Zusammensetzung und mit nicht aktivierten Oberflächen erreicht.
In Fig. 6 ist der Einfluss einer variablen Spannungspulseinspeisung im Sinne der Erfindung in das Fluid 9 auf den Wirkungsgrad der Vorrichtung 1 im Prinzip dargestellt, wobei auch hier wiederum auf eine Darstellung konkreter Werte verzichtet wurde, da lediglich der relative Vergleich der beiden Varianten dargestellt sein soll. Mit Ausnahme der Spannungspulse sind alle anderen Parameter bei den beiden Varianten gleich. Dabei zeigt ein Verlauf 51 den Verlauf des Wirkungsgrad über die Zeit bei konstant bleibenden Spannungsmuster, ein Verlauf 52 den Verlauf des Wirkungsgrades der Vorrichtung 1 mit variablen Spannungspulsmustern, wie dies zum Beispiel in Fig. 3 dargestellt ist oder voranstehend beschrieben wurde.
Es ist deutlich aus Fig. 6 ersichtlich, dass mit der variablen Spannungspulseinspeisung in die Reaktionskammer 12 ein höherer Wirkungsgrad erreicht wird und damit die Wirtschaftlich- keit der Vorrichtung 1 gesteigert werden kann. Zudem konnte beobachtet werden, wie dies auch der Verlauf 52 zeigt, dass die Schwankung im Wirkungsgrad wesentlich geringer ist, als beim Verlauf 51.
Die Heizungsanlage 31 kann dem Stand der Technik entsprechend mit einem Druck von z.B. zwischen 2 bar und 4 bar im Primärkreislauf betrieben werden. Es ist aber auch möglich, die Heizungsanlage 31 im Primärkreislauf drucklos zu betreiben bei einer Temperatur des Fluids 9 nahe dem Siedpunkt des Fluids 9.
Obwohl an mehreren Stellen darauf hingewiesen wurde, dass die erfindungsgemäße Heizungsanlage 31 bzw. die Vorrichtung 1 zur Beheizung von Häusern verwendet wird, können diese generell für die Erzeugung von Wärme verwendet werden, unabhängig davon, für welche Zwecke diese Wärme letztendlich verwendet wird. Um dazu gegebenenfalls die Heizleistung zu steigern, besteht die Möglichkeit mehrere Vorrichtungen 1 hintereinander, also seriell, in die Heizanlage 31 zu schalten.
Bezugszeichenaufstellung
1 Vorrichtung 41 Abstand
2 Gehäuse 42 Durchmesser
3 Gehäusemantel 43 Laser
4 Gehäuseboden 44 Balken
5 Gehäusedeckel 45 Balken
6 Gewinde 46 Balken
7 Endbereich 47 Balken
8 Endbereich 48 Balken
9 Fluid 49 Balken
10 Längsmittelachse 50 Balken
11 Einlauföffnung 51 Verlauf
12 Reaktionsraum 52 Verlauf
13 Ablauföffnung
14 Anode
15 Kathode
16 Endbereich
17 Durchbruch
18 Pluspol
19 Minuspol
20 Pulsgenerator
21 Aufsatz
22 Bohrung
23 Außengewinde
24 Innengewinde
25 Abstand
26 Öffnung
27 Pfeil
28 Radialbohrung
29 Axialbohrung
30 Bohrung
31 Heizungsanlage
32 Heizkörper
33 Pumpe
34 Ausdehnungsgefäß
35 Gasabsorber
36 Messeinrichtung
37 Regelaggregat
38 Elektrode
39 Elektrode
40 Energiequelle

Claims

P a t e n t a n S p r ü c h e
1. Vorrichtung (1) zur Erwärmung eines Fluids (9), mit einem Gehäuse (2) umfassend einen Gehäusemantel (3), einen Gehäuseboden (4) und einen Gehäusedeckel (5), mit zumindest einer Einlauföffnung (11) und zumindest einer Ablauföffnung (13) für das Fluid (9), wobei in dem Gehäuse (2) zumindest zwei Elektroden, insbesondere zumindest eine Anode (14) und zumindest eine Kathode (15), in einem Abstand (25) zueinander angeordnet sind, die mit je einem Pol zumindest eines Pulsgenerators (20) elektrisch leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsgenerator (20) zur Abgabe von variablen Span- nungspulsen ausgebildet ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsgenerator (20) Spannungspulse erzeugt, deren Amplitude ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 300 V und einer oberen Grenze von 1500 V.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsgenerator (20) einen Zufallsgenerator umfasst.
4. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsgenerator (20) Spannungspulse erzeugt, mit einer steilen Anstiegsflanke von zumindest 25 ν/ 8.
5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsgenerator (20) rechteckförmige Spannungspulse erzeugt.
6. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsgenerator (20) Spannungspulse in einer Pulsfrequenz abgibt, die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 20 Hz und einer oberen Grenze von 20 kHz.
7. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsgenerator (20) Spannungspulse mit einer Pulsdauer abgibt, die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 2 ns und einer oberen Grenze von 10 μβ.
8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsgenerator (20) die Spannungspulse mit einer Pulspause erzeugt, die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 2 und einer oberen Grenze von 20 μβ.
9. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsgenerator (20) zur Erzeugung von variablen Pulspausen ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktionsraum (12) eine weitere Elektrode (38 oder 39), vorzugsweise zumindest zwei weite- re Elektroden (38, 39), die mit einer Energiequelle (40) elektrisch leitend verbunden ist oder sind, angeordnet ist oder sind.
11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Elektrode (38 oder 39) oder die zwei weiteren Elektroden (38, 39) aus einem Werkstoff aus- gewählt aus einer Gruppe umfassend Pd, Pt, Ti, Rh, Au, Ag, Ni, Cu, Ir, Fe, V, Nb, Ta und deren Legierungen besteht oder bestehen.
12. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Elektrode (38 oder 39) oder zumindest eine der zwei weiteren Elektroden (38, 39) im Bereich der Anode (14) oder der Kathode (15) angeordnet ist.
13. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (41) zwischen den zumindest zwei weiteren Elektroden (38, 39) zumindest 10 % der Länge eines Reaktionsraums (12) beträgt, der durch das Gehäuse (2) definiert wird.
14. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Elektrode (38 oder 39) oder die zumindest zwei weiteren Elektroden (38, 39) stabförmig mit einem Durchmesser (42) von maximal 30 % der kleinsten Abmessung der zumindest einen Kathode ausgebildet sind.
15. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (40) für die weitere Elektrode (38 oder 39) oder die zumindest zwei weiteren Elektroden (38, 39) eine Konstantspannungsquelle ist.
16. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Elektrode (38 oder 39) oder die zumindest zwei weiteren Elektroden (38, 39) in einem Elektrolytbad mit Spannungspulsen mit einer Amplitude aus einem Bereich von 5 V bis 50 V (Gleichstrom) und einer Pulsdauer ausgewählt aus einem Bereich von 1 μ8 bis 10 8 bei einer Stromstärke ausgewählt aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 2000 A und einer oberen Grenze von 8000 A aktiviert sind.
17. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (2) Wasser mit einem Elektrolyt enthalten ist.
18. Vorrichtung (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt Wasserglas (Na2Si03), zumindest eine Lauge, insbesondere KOH, destilliertes oder entionisiertes Wasser, sowie gegebenenfalls Na2S03 und/oder K2S04. enthält.
19. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei weiteren Elektroden (38, 39) in Richtung einer Längserstreckung (10) des Gehäuses (2) und koaxial zueinander im Gehäuse (2) angeordnet sind.
20. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Elektroden, insbesondere die Anode (14), korbförmig ausgebildet ist.
21. Vorrichtung (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Elektrode zumindest teilweise innerhalb der korbförmigen Elektrode angeordnet ist, insbesondere die zumindest eine Kathode (15) zumindest teilweise innerhalb der korbförmigen Anode (14).
22. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (25) zwischen den Elektroden, insbesondere zwischen der Kathode (15) und der Anode (14), mindestens 5 mm beträgt.
23. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusemantel (3) zylinderförmig ausgebildet ist.
24. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Elektroden relativ gegen die weitere Elektrode, insbesondere die Anode (14) relativ zu Kathode (15) und/oder die Kathode (15) relativ zur Anode (14), verstellbar im Gehäuse (2) angeordnet ist bzw. sind.
25. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktionsraum (12) zumindest ein Laser (43) angeordnet ist.
26. Vorrichtung (1) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (43) Licht einer Frequenz emittiert, die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 300 THz und einer oberen Grenze von 550 THz.
27. Vorrichtung (1) nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (43) mit einer Einrichtung zur Erzeugung von intermittierendem Licht verbunden ist.
28. Vorrichtung (1) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (43) Lichtpulse abgibt, wobei eine Pulsdauer ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 20 und einer oberen Grenze von 100 μβ.
29. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsgenerator (20) ein Regel- und/oder Steuermodul aufweist oder mit einer Regel- und/oder Steuereinrichtung verbunden ist.
30. Heizungsanlage (31) umfassend zumindest eine Fördereinrichtung für ein erstes Fluid (9), zumindest eine Vorrichtung (1) zur Erwärmung des Fluids (9), zumindest einen
Wärmetauscher, in dem die erzeugt Wärme vom ersten Fluid (9) auf ein weiteres Fluid übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Vorrichtung (1) zur Erwärmung eines Fluids (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche gebildet ist.
31. Heizungsanlage (31) nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der
Wärmetauscher als Heizkörper (32) ausgebildet ist.
32. Verwendung der Vorrichtung (1) zur Erwärmung eines Fluids (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 29 zur Heizung eines Gebäudes.
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