WO2015127911A1 - Induktionsheizung für insbesondere gebäude und verfahren zum heizen mit elektrischer induktion - Google Patents

Induktionsheizung für insbesondere gebäude und verfahren zum heizen mit elektrischer induktion Download PDF

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    • F24H2250/00—Electrical heat generating means
    • F24H2250/08—Induction

Definitions

  • the invention relates to heaters for buildings, residential buildings or other objects that heat the heat transfer medium in a container by means of electrical induction.
  • the heat transfer medium predominantly water or oil, transfers the absorbed heat via a pipe system and radiators or surface heating systems to the individual rooms (central heating). Furthermore, a
  • Induction heating in the art of heating metals such as bars, blocks, thermoforming bolts, or rollers is well known and used commercially.
  • the heating mold temperature is different for the different materials, e.g. For example, for steel between 800 ° C and 1250 ° C, for aluminum between 400 ° C and 550 ° C and for copper between 850 ° C and 950 ° C.
  • the induction coils are energized with oscillating current at 1 kHz frequency. Current frequencies up to 10 kHz are used in large systems for rapid heating of large steel blocks.
  • Induction cooking for food is also known in the art. From an induction coil, an electromagnetic radiation with a frequency of 25 kHz is emitted. In the bottom of the cookware, the energy is converted into heat. Eddy currents generated in the metal mass cause heating in the material.
  • the invention is accordingly based on the object, an induction heater for particular building and a method to create heating with electrical induction, which can be used with a much higher efficiency than all previous systems in the building services and in the economy and that at much cheaper cost. Another task is to reduce the technical complexity and to make the maintenance low.
  • induction heating consisting of induction coils (field coils), which have at least one metallic container (26) with heat carrier (20).
  • a frequency generator (29) energizes with oscillating electric reactive current.
  • Capacitive reactive current flows through the field coils (22, 23, 24, 25) and generates magnetic field strength according to Biot-Savart's law. Of these, an oscillating magnetic stray field is radiated radially into the walls of the container (26), whereby the resulting eddy currents heat the container (26) made of metal. This is the inductive heating, which is transmitted to the heating system.
  • Phase shift ie, with a very low cos ⁇ through the field coils (22, 23, 24, 25) flows.
  • This current is known as reactive current. Since the eddy currents used are generated predominantly with the reactive current, the Consumption of active current very low. Accordingly, the power consumption costs can be significantly reduced.
  • the metallic container (26) is connected by lines to the
  • Heating system connected.
  • the heated heat carrier (20), z. B. heating water is pumped in a known manner by means of a pump through the radiator.
  • all field coils (22, 23, 24, 25) are electrically connected in parallel to the frequency generator (29) through terminals (27, 28).
  • all field coils (22, 23, 24, 25) are uniformly electrically charged or supplied and generate a uniform, oscillating stray magnetic field.
  • Field coils (22, 23, 24, 25) according to claim 4 are the
  • capacitive windings designed as band capacitors.
  • at least two parallel electrically insulated conductors are wound into a coil and at the beginning and at the end of the field coils (22, 23, 24, 25) the two conductors are connected by a respective electrical capacitor (30).
  • a conductor is at the beginning of the field coils (22, 23, 24, 25) and the second conductor at the end with one pole of the oscillating
  • Frequency generator (29) connected. This special winding generates a high capacity with simultaneous current stability and thereby enables a high reactive current.
  • oscillating frequency generator (29) between 50 Hz and 50 kHz.
  • a preferred embodiment according to claim 6 proposes that the metallic container (26) cylindrical to cuboid and double-walled for receiving the
  • Heat carrier (20) is formed between the walls.
  • the magnetic core (21) with the field coils (22, 23, 24, 25) is arranged between the inner walls.
  • the oscillating electromagnetic stray field acts directly and on all sides on the wall of the metallic container (26).
  • Field coils (22, 23, 24, 25) according to claim 7, these are each with a minimum distance of 3 mm to 20 mm at the
  • a further variant according to claim 8 proposes that between the metallic container (26) and the
  • Field coils (22, 23, 24, 25) and on the outer wall of heat-insulating material (33) is arranged.
  • This version is particularly suitable for smaller
  • Frequency generator (29) a large reactive current is generated.
  • adjacent field coils (22, 24 and 23, 25) By oppositely oriented similar magnetic polarity of the adjacent field coils (22, 24 and 23, 25) a strong stray magnetic field is generated. This induces in an adjacent metallic container (26) with heat carrier (20) electrical eddy currents, which in turn heating the metallic container (26) with the
  • Electric reactive current for inductive heating for particular building is new and requires much less electrical energy. Furthermore, this heater is simple in construction, durable and robust. An implementation of this method outside of claims 1 to 9 is possible and therefore falls under this claim. In a variant of the method according to claim 11, it is proposed to make the capacitance of the inductive field coils (22, 23, 24, 25) sufficiently high in relation to their ohmic resistance that a phase shift angle cos ⁇ of less than 0.2 is achieved.
  • Fig. 1 in side view and partially in cross section a
  • Fig. 2 is a diagram with a solenoid with four field coils and a capacitive electrical circuit connected to a frequency generator 29th
  • FIG. 1 The basic principle of the present induction heater is illustrated in FIG. The heating of the heat carrier 20, z. B. heating water, takes place in a cylindrical
  • Container 26 with water instead which is arranged around the magnetic core 21 with the field coils 22, 23, 24, 25. All field coils 22, 23, 24, 25 are connected by electrical connections 27, 28, Fig. 2, the frequency generator 29. All electrical
  • Capacitors 30, are connected to the field coils 22, 23, 24, 25 according to the prior art. The whole
  • Eddy currents heat the entire mass of the container 26.
  • the energy from the eddy currents is converted into heat and transferred to the heat carrier 20, or the heating water.
  • Heating water circulation is well known in the art. Between the field coils 22, 23, 24, 25 and the container 26, heat-insulating material 33 is arranged. An insulation of the
  • Exterior walls is also useful, but not here
  • the induction heater according to the invention is operated with electric reactive current. In heating technology, such a method is unknown. Such an invention has enormous significance in the world economy.
  • V electrical voltage to capacitor 30
  • the active power W present in the field coils 22, 23, 24, 25 is also easily calculated.
  • the active power W in said field coils results from the ohmic load present in the copper wire. This active power is minimal, which
  • Spiral made of copper can be used.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Heizungen für Gebäude, Wohngebäude oder andere Objekte, die den Wärmeträger in einem Behälter mittels elektrischer Induktion erwärmen. Der Wärmeträger, überwiegend Wasser oder Öl, überträgt die aufgenommene Wärme über ein Rohrsystem und Heizkörper bzw. Flächenheizungen an die einzelnen Räume (Zentralheizung). Weiterhin wird ein Verfahren zum Erhitzen mittels elektrischer Induktion vorgeschlagen. Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Induktionsheizung für insbesondere Gebäude und ein Verfahrens zum Heizen mit elektrischer Induktion zu schaffen, die mit einem wesentlich höheren Wirkungsgrad als alle bisherigen Systeme in der Haustechnik und in der Wirtschaft einsetzbar ist und dass zu wesentlich günstigeren Kosten Diese Aufgaben werden bei einer Induktionsheizung, gemäß Anspruch 1 gelöst. Demnach ist an einem Magnetkern (21) aus weichem magnetischem Material eine Mehrzahl von Feldspulen (22, 23, 24, 25) angeordnet, die mit kapazitiver Wicklung gewickelt, an einen Frequenzgenerator (29) angeschlossen sind und mit oszillierendem elektrischem Blindstrom bestromt werden. Um alle Feldspulen (22, 23, 24, 25) ist ein metallischer Behälter (26) mit Wärmeträger (20) angeordnet, an dem ein Heizungskreislauf am Zufluss (31) und Abfluss (32) angeschlossen ist.

Description

Patentanmeldung
Bezeichnung der Erfindung
Induktionsheizung für insbesondere Gebäude und Verfahren zum Heizen mit elektrischer Induktion
Beschreibung
(001) Die Erfindung betrifft Heizungen für Gebäude, Wohngebäude oder andere Objekte, die den Wärmeträger in einem Behälter mittels elektrischer Induktion erwärmen. Der Wärmeträger, überwiegend Wasser oder Öl, überträgt die aufgenommene Wärme über ein Rohrsystem und Heizkörper bzw. Flächenheizungen an die einzelnen Räume (Zentralheizung) . Weiterhin wird ein
Verfahren zum Erhitzen mittels elektrischer Induktion
vorgeschlagen.
Stand der Technik
(002) Die Induktionserwärmung in der Technik zur Aufheizung von Metallen, wie Stangen, Blöcken, Bolzen zum Wärmungsformen oder Walzen, ist wohlbekannt und wirtschaftlich eingesetzt. Die Erwärmungsformentemperatur ist für die verschiedenen Werkstoffe unterschiedlich, z. B., für Stahl zwischen 800° C und 1250° C, für Aluminium zwischen 400° C und 550° C und für Kupfer zwischen 850° C und 950° C.
(003) Für solche Temperaturen werden die Induktionsspulen mit oszillierendem Strom bei 1 kHz Frequenz bestromt. Stromfrequenzen bis 10 kHz sind in großen Anlagen für schnelle Erwärmung von großen Stahlblöcken im Einsatz. (004) Im Stand der Technik ist Induktionskochen für Lebensmittel ebenfalls bekannt. Von einer Induktionsspule wird eine elektromagnetische Strahlung mit einer Frequenz von 25 kHz ausgesendet. Im Boden des Kochgeschirrs wird die Energie in Wärme umgesetzt. In der Metallmasse entstehende Wirbelströme rufen in dem Material eine Erwärmung hervor.
(005) Im Stand der Technik sind auch Heizungen für Wohngebäude mit einer Induktionsheizung bekannt. Gemäß der DE 2117103 AI wird ein metallischer Block durch eine diesen umgebende Spule mit Wechselstrom höherer Frequenz bestromt. Durch die in dem Block entstehenden Wirbelströme erhitzt sich dieser und gibt die Wärme an den Wärmeträger in einem Heizkreislauf ab. Die Vorrichtung besteht aus einer klassischen Induktionsspule 11, die mit Wirkstrom arbeitet und einen entsprechend hohem
Stromverbrauch besitzt. Weiterhin ist die Wärmeübertragung von dem metallischen Block zum Heizmedium mit Wärmeverlusten verbunden. Der erstrebte Vorteil der Nutzung von Nachtstrom ist durch die aktuelle Kraftwerkstechnik, bzw. den Kosten für Nachtstrom unbedeutend.
(006) Schließlich ist durch die EP 1694726 Bl auch bekannt, durch zusätzliche Oberwellen im Wechselstrom für die
Induktionsspule die Effektivität und Steuerbarkeit der
Erhitzung zu verbessen. Diese erfordern aber eine spezielle Stromquelle mit aufwendiger Schaltung.
(007) Die genannte Induktionserwärmung hat große wirtschaftliche Bedeutung. Das Defizit dieser Verfahren und
Vorrichtungen liegt im Bereich des enorm großen Energieverbrauchs. Der Wirkungsgrad ist niedrig. Das ist der Grund, warum jene Verfahren und Vorrichtungen als Heizung in Büro-, Wohn- und anderen Gebäuden bisher nicht eingesetzt wurden.
Aufgabe der Erfindung
(008) Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Induktionsheizung für insbesondere Gebäude und ein Verfahrens zum Heizen mit elektrischer Induktion zu schaffen, die mit einem wesentlich höheren Wirkungsgrad als alle bisherigen Systeme in der Haustechnik und in der Wirtschaft einsetzbar ist und dass zu wesentlich günstigeren Kosten. Eine weitere Aufgabe ist es, den technischen Aufwand zu senken und die Wartung günstig zu gestalten.
(009) Diese Aufgaben werden bei einer Induktionsheizung, bestehend aus Induktionsspulen (Feldspulen), denen mindestens ein metallischer Behälter (26) mit Wärmeträger (20)
zugeordnet ist, der mit einem Heizungskreislauf mit
Heizkörper, bzw. Flächenheizung verbunden ist, gemäß Anspruch 1 gelöst.
(0010) Demnach ist an einem Magnetkern (21) aus weichem magnetischem Material eine Mehrzahl von Feldspulen (22, 23, 24, 25) angeordnet, die mit kapazitiver Wicklung gewickelt, an einen Frequenzgenerator (29) angeschlossen sind und mit oszillierendem elektrischem Blindstrom bestromt werden. Um alle Feldspulen (22, 23, 24, 25) ist ein metallischer
Behälter (26) mit Wärmeträger (20) angeordnet, an dem ein Heizungskreislauf mit Zufluss (31) und Abfluss (32)
angeschlossen ist.
(0011) Durch die Feldspulen (22, 23, 24, 25) fließt kapazitiver Blindstrom, der gemäß dem Biot-Savartschen Gesetz magnetische Feldstärke erzeugt. Von den diesen wird radial in die Wände des Behälters (26) ein oszillierendes magnetisches Streufeld ausgestrahlt, wodurch die entstehenden Wirbelströme den Behälter (26) aus Metall erwärmen. Das ist die induktive Erwärmung, welche an die Heizungsanlage übertragen wird.
(0012) Wesentlich ist, dass der Hochfrequenzstrom im
Verhältnis zur oszillierenden Spannung mit großer
Phasenverschiebung, d. h., mit einem sehr niedrigen cos φ durch die Feldspulen (22, 23, 24, 25) fließt. Dieser Strom ist als Blindstrom bekannt. Da die genutzten Wirbelströme ganz überwiegend mit dem Blindstrom erzeugt werden, ist der Verbrauch an Wirkstrom sehr gering. Dementsprechend können die Stromverbrauchskosten wesentlich gesenkt werden.
Der metallische Behälter (26) ist durch Leitungen an die
Heizungsanlage angeschlossen. Der erwärmte Wärmeträger (20), z. B. Heizungswasser, wird in bekannter Art und Weise mittels einer Pumpe durch die Heizkörper gepumpt.
(0013) Entsprechend einer günstigen Ausführung nach
Anspruch 2 sind alle Feldspulen (22, 23, 24, 25) elektrisch so geschaltet, dass jede zu ihrer benachbarten Feldspule (22, 24, und 23, 25) mit gleichartiger magnetischer Polarität gegeneinander orientiert ist.
Dadurch wird ein homogenes und starkes oszillierendes
magnetisches Streufeld erzeugt, das starke Wirbelströme im metallischen Behälter (26) induziert.
(0014) Gemäß einer weiteren Ausführung nach Anspruch 3 sind alle Feldspulen (22, 23, 24, 25) elektrisch parallel an den Frequenzgenerator (29) durch Anschlüsse (27, 28)
angeschlossen .
Durch die Parallelschaltung werden alle Feldspulen (22, 23, 24, 25) gleichmäßig elektrisch belastet, bzw. versorgt und ein gleichmäßiges, oszillierendes magnetisches Streufeld erzeugt .
(0015) Entsprechend einer günstigen Ausführung der
Feldspulen (22, 23, 24, 25) gemäß Anspruch 4 sind die
kapazitiven Wicklungen als Bandkondensatoren ausgeführt. In denen sind mindestens je zwei parallel angeordnete elektrisch isolierte Leiter zu einer Spule gewickelt und am Anfang und am Ende der Feldspulen (22, 23, 24, 25) die zwei Leiter durch je einen elektrischen Kondensator (30) verbunden. Ein Leiter ist am Anfang der Feldspulen (22, 23, 24, 25) und der zweite Leiter am Ende mit je einem Pol des oszillierenden
Frequenzgenerators (29) verbunden. Diese spezielle Wicklung erzeugt eine hohe Kapazität bei gleichzeitiger Stromfestigkeit und ermöglicht dadurch einen hohen Blindstrom.
(0016) Gemäß Anspruch 5 beträgt die Frequenz des
oszillierenden Frequenzgenerators (29) zwischen 50 Hz und 50 kHz.
Eine optimal auf die Feldspulen (22, 23, 24, 25) und den metallischen Behälter (26) abgestimmte Frequenz ermöglicht ein starkes oszillierendes elektro-magnetisches Streufeld. Geringere oder höhere Frequenzen vermindern den Wirkungsgrad.
(0017) Eine bevorzugte Ausführung nach Anspruch 6 schlägt vor, dass der metallische Behälter (26) zylinderförmig bis quaderförmig und doppelwandig für die Aufnahme des
Wärmeträgers (20) zwischen den Wandungen ausgebildet ist. Der Magnetkern (21) mit den Feldspulen (22, 23, 24, 25) ist dabei zwischen den Innenwandungen angeordnet.
Durch diese Anordnung wirkt das oszillierende elektromagnetisches Streufeld unmittelbar und allseitig auf die Wandung des metallischen Behälters (26) ein. Die
Leistungsverluste sind dadurch gering und eine Ausbreitung des oszillierenden elektromagnetischen Streufeldes in die Umgebung wird vermindert.
(0018) Entsprechend einer günstigen Anordnung der
Feldspulen (22, 23, 24, 25) gemäß Anspruch 7 sind diese jeweils mit minimalem Abstand von 3 mm bis 20 mm an den
Innenwandungen des metallische Behälters (26) und die am Magnetkern (21) gegenüberliegenden Feldspulen (22, 23 und 24, 25) mit einen Abstand entsprechend ihrem Durchmesser
angeordnet .
Diese Anordnung bewirkt eine optimale Ausbreitung des
oszillierenden elektromagnetischen Streufeldes in die Wandung des Behälters (26) . Andererseits wird noch eine ausreichende Wärmedämmung zwischen dem metallischen Behälters (26) und den Feldspulen (22, 23, 24, 25) ermöglicht. (0019) Eine weitere Variante nach Anspruch 8 schlägt vor, dass zwischen dem metallischen Behälter (26) und den
Feldspulen (22, 23, 24, 25) und an dessen Außenwandung wärmedämmendes Material (33) angeordnet ist.
Die Dämmung zu den Feldspulen (22, 23, 24, 25 ) verhindert einen starken Wärmeübergang auf diese und damit eine
Überhitzung. Die äußere Dämmung vermindert die
Wärmeabstrahlung an die Umgebung des Behälters (26) .
(0020) In der Ausführung nach Anspruch 9 wird
vorgeschlagen, dass anstelle des Behälters (26) um den
Magnetkern (21) mit Feldspulen (22, 23, 24, 25) ein
metallisches Rohr, für die Aufnahme des Wärmeträgers
spiralartig gewickelt ist.
Diese Ausführung eignet sich besonders für kleinere
Leistungen .
(0021) Verfahrensanspruch 10 zum Heizen von insbesondere Gebäude, schlägt ein dieser Induktionsheizung zugrunde liegendes allgemeines Verfahren vor, gemäß dem mittels induktiven Feldspulen (22, 23, 24, 25) mit kapazitiver
Doppelwicklung auf einem Magnetkern (21) aus weichem
magnetischem Material und einem oszillierenden
Frequenzgenerator (29) ein großer Blindstrom erzeugt wird. Durch gegeneinander orientierte gleichartige magnetische Polarität der benachbarten Feldspulen (22, 24 und 23, 25) wird ein starkes magnetisches Streufeld erzeugt. Dieses induziert in einem benachbarten metallischen Behälter (26) mit Wärmeträger (20) elektrische Wirbelströme, die wiederum eine Erhitzung des metallischen Behälters (26) mit dem
Wärmeträger (20) bewirken.
(0022) Eine derartige Erzeugung und Nutzung des
elektrischen Blindstromes für eine induktive Heizung für insbesondere Gebäude ist neu und erfordert wesentlich weniger elektrische Energie. Weiterhin ist diese Heizung einfach im Aufbau, langlebig und robust. Eine Umsetzung dieses Verfahrens außerhalb der Ansprüche 1 bis 9 ist möglich und fällt deshalb unter diesen Anspruch. (0023) In einer Verfahrensvariante nach Anspruch 11 wird vorgeschlagen, die Kapazität der induktiven Feldspulen (22, 23, 24, 25) im Verhältnis zu ihrem ohmschen Widerstand so hoch zu gestalten, dass ein Phasenverschiebungswinkel cos φ von unter 0,2 erreicht wird.
Je kleiner der Wert von cos φ gestaltet werden kann, umso größer ist die Effektivität des Verfahrens durch den erzielten höheren Blindstrom.
Beispiele
(0024) Die neue Induktionsheizung wird zu ihrer
Durchführung nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
(0025) Es zeigt schematisch:
Fig. 1 in Seitenansicht und teilweise im Querschnitt ein
Magnetkern 21 mit vier Feldspulen 22, 23, 24, 25 und einen zylindrischen Behälter 26 und isolierende Wärmedämmung sowie Zufluss 31 und Abfluss 32 für den Wärmeträger 20;
Fig. 2 ein Schema mit einem Elektromagnet mit vier Feldspulen und einen kapazitiven elektrischen Schaltkreis, angeschlossen an einen Frequenzgenerator 29.
(0026) Das Grundprinzip der vorliegenden Induktionsheizung ist in Fig. 1 veranschaulicht. Die Erwärmung des Wärmeträgers 20, z. B. Heizungswasser, findet in einem zylindrischen
Behälter 26 mit Wasser statt, der um den Magnetkern 21 mit den Feldspulen 22, 23, 24, 25 angeordnet ist. Alle Feldspulen 22, 23, 24, 25 sind durch elektrische Anschlüsse 27, 28, Fig. 2, am Frequenzgenerator 29 angeschlossen. Alle elektrischen
Kondensatoren 30, sind gemäß dem Stand der Technik an den Feldspulen 22, 23, 24, 25 angeschlossen. Der gesamte
elektrische Schaltkreis ist in Fig. 2 übersichtlich
dargestellt . (0027 ) Es ist von wichtiger Bedeutung, dass alle benachbarten Feldspulen (22, 24 und 23, 25) mit der
gleichartigen Polarität gegeneinander orientiert sind, was in Fig. 1 mit den Symbolen N-S veranschaulicht ist. Mit jeder halben Periode des oszillierenden elektrischen Stromes in den Feldspulen 22, 23, 24, 25 wird die Richtung des Magnetfeldes geändert, wobei die magnetische Polarität immer gegeneinander gerichtet ist. Ein so entstehendes magnetisches Streufeld fließt von allen Spulen 22, 23, 24, 25 durch die metallischen Wände des Behälters 26 und die entstehenden elektrischen
Wirbelströme erwärmen die ganze Masse des Behälters 26. Die Energie von den Wirbelströmen wird in Wärme umgesetzt und an den Wärmeträger 20, bzw. das Heizungswasser übertragen.
(0028 ) Durch den Zufluss 31 in Fig. 1 fließt das
Heizungswasser in den Behälter 26 und durch den Abfluss 32 fließt das Heizungswasser in die Heizungsanlage. Dieser
Heizungswasserkreislauf ist im Stand der Technik wohl bekannt. Zwischen den Feldspulen 22, 23, 24, 25 und dem Behälter 26 ist wärmedämmendes Material 33 angeordnet. Eine Dämmung der
Außenwände ist ebenfalls sinnvoll, aber hier nicht
dargestellt .
(0029) Die Induktionsheizung gemäß der Erfindung wird mit elektrischem Blindstrom betrieben. In der Heizungstechnik ist ein solches Verfahren unbekannt. In der Weltwirtschaft hat eine solche Erfindung enorme Bedeutung.
(0030) Die Energiebilanz ist mit den nachstehenden
mathematischen Gleichungen leicht zu verstehen:
I = V (2 Π f c) [1]
VA + W = V2 (2 Π f C) [2]
W = [V2 (2 Π f c ) ] cos φ [3] Symbole in Gleichungen [1, 2, 3] i = kapazitiver Blindstrom
V = elektrische Spannung an Kondensator 30
Π = Ludolfsche Zahl f = Frequenz des Stromes und der Spannung
C = Gesamtkapazität von allen Kondensatoren 30 cos φ = Phasenverschiebung zwischen Spannung und
Strom
(0031) Mittels Gleichung [1] ist der kapazitive Blindstrom, der als Verschiebungsstrom in allen Kondensatoren 30 fließt, errechenbar. Es gehört zum fundamentalen Wissen, dass
fließender Verschiebungsstrom in elektrischen Kondensatoren keine elektrische Energie verbraucht.
(0032) Mit Gleichung [2] ist die Blindleistung VA zusammen mit der Wirkleistung W, die in Feldspulen 22, 23, 24, 25 geleistet wird, ebenfalls leicht kalkulierbar.
(0033) Mittels Gleichung [3] ist die Wirkleistung W, die in den Feldspulen 22, 23, 24, 25 vorhanden ist, ebenso leicht errechenbar. Die Wirkleistung W in den genannten Feldspulen resultiert von der Ohmschen Last, die in dem Kupferdraht vorhanden ist. Diese Wirkleistung ist minimal, welches
Gleichung [3] klar definiert. Ein numerisches Beispiel
veranschaulicht die Energiebilanz von einer kleinen
Induktionsheizungsanlage mit Blindstrom: i =57 A
V =76 V
f =500Hz c = 240 F
cos cp = 0,092 gemäß Gleichung [2] VA + W = 4.355
gemäß Gleichung [3] W = 400
(0034) Eine so konstruierte experimentelle Einheit ist für 5.000 VA Blindleistung konzipiert. Größere Einheiten werden gemäß den gleichen physikalischen Regeln gebaut und die technischen Daten sind mit dem Vergrößerungsfaktor zu multiplizieren. Anstelle des Behälters 26 ist auch eine
Spirale aus Kupfer einsetzbar.
(0035) Es ist sinnvoll, dass die Einheiten im
wirtschaftlichen Einsatz im Bereich von 15.000 VA betrieben werden. Diese Leistung kann man mit allen Parametern
einstellen die in Gleichung [2] angeben sind. Eine derartige wirtschaftliche Leistung ist nur deshalb möglich, weil die Vorrichtung gemäß der Erfindung mit kapazitivem Blindstrom betrieben wird. Die Betriebskosten bezüglich Stromverbrauchs im Vergleich zum Stand der Technik liegen rechnerisch bei nur 10%. Die wirtschaftlichen und umweitschonenden Vorteile der hier beschriebenen Erfindung sind somit enorm groß.
Verzeichnis der Bezugszeichen Wärmeträger
Magnetkern
Feldspule/ kapazitive Spule
Feldspule/ kapazitive Spule
Feldspule/ kapazitive Spule
Feldspule/ kapazitive Spule
Behälter
elektrischer Anschluss
elektrischer Anschluss
Frequenzgenerator
Kondensatoren
Zufluss
Abfluss
wärmedämmendes Material

Claims

Patentansprüche
1. Induktionsheizung für insbesondere Gebäude, bestehend aus Induktionsspulen (Feldspulen), denen mindestens ein
metallischer Behälter (26) mit Wärmeträger (20) zugeordnet ist, der mit einem Heizungskreislauf mit Heizkörper, bzw. Flächenheizungen verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass an einem Magnetkern (21) aus weichem magnetischem
Material eine Mehrzahl von Feldspulen (22, 23, 24, 25) angeordnet ist, die mit kapazitiver Wicklung gewickelt, an einen Frequenzgenerator (29) angeschlossen sind und mit oszillierendem elektrischem Blindstrom bestromt werden und um alle Feldspulen (22, 23, 24, 25) ein metallischer Behälter (26) mit Wärmeträger (20) angeordnet ist, an dem ein Heizungskreislauf am Zufluss (31) und Abfluss (32)
angeschlossen ist.
2. Induktionsheizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Feldspulen (22, 23, 24, 25) elektrisch so
geschaltet sind, dass jede zu ihrer benachbarten Feldspule (22, 24 und 23, 25) mit gleichartiger magnetischer Polarität gegeneinander orientiert ist.
3. Induktionsheizung nach Ansprüche 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet,
dass alle Feldspulen (22, 23, 24, 25) elektrisch parallel an den Frequenzgenerator (29) durch Anschlüsse (27, 28)
angeschlossen sind.
4. Induktionsheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die kapazitiven Wicklungen der Feldspulen (22, 23, 24, 25) Bandkondensatoren sind, in denen mindestens je zwei parallel angeordnete elektrisch isolierte Leiter zu einer Spule gewickelt sind und am Anfang und am Ende der Feldspulen (22, 23, 24, 25) die zwei Leiter durch je einen elektrischen Kondensator (30) verbunden sind und das ein Leiter am Anfang der Feldspulen (22, 23, 24, 25) und der zweite Leiter am Ende mit je einem Pol des oszillierenden Frequenzgenerators (29) verbunden ist.
5. Induktionsheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die Frequenz des oszillierenden Frequenzgenerators (29) zwischen 50 Hz und 50 kHz beträgt.
6. Induktionsheizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Behälter (26) zylinderförmig bis quaderförmig und doppelwandig für die Aufnahme des
Wärmeträgers (20) zwischen den Wandungen ausgebildet ist, wobei der Magnetkern (21) mit den Feldspulen (22, 23, 24, 25) zwischen den Innenwandungen angeordnet ist.-
7. Induktionsheizung nach Anspruch 1 und 6, dadurch
gekennzeichnet,
dass die Feldspulen (22, 23, 24, 25) jeweils mit einem minimalem Abstand von 3 mm bis 20 mm an den Innenwandungen des metallischen Behälters (26) und die am Magnetkern (21) gegenüber liegenden Feldspulen (22, 23 und 24, 25)
voneinander mit einen Abstand entsprechend ihrem Durchmesser angeordnet sind.
8. Induktionsheizung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen dem metallischen Behälter (26) und den
Feldspulen (22, 23, 24, 25) und an dessen Außenwandung wärmedämmendes Material (33) angeordnet ist.
9. Induktionsheizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass um den Magnetkern (21) mit Feldspulen (22, 23, 24, 25) ein metallisches Rohr, für die Aufnahme des Wärmeträgers spiralartig gewickelt ist.
10. Verfahren zum Heizen von insbesondere Gebäude, in dem ein Wärmeträger (20) für einen Heizungskreislauf mittels
Induktionsheizung in einem metallischen Behälter (26) erhitzt und dem Heizkreislauf zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit induktiven Feldspulen (22, 23, 24, 25) mit
kapazitiver Doppelwicklung auf einem Magnetkern (21) aus weichem magnetischem Material und einem mit diesen verbundenen oszillierenden Frequenzgenerator (29) ein großer Blindstrom erzeugt wird
und durch gegeneinander orientierte gleichartige magnetische Polarität der benachbarten Feldspulen (22, 24 und 23, 25) ein starkes magnetisches Streufeld erzeugt wird
und dass dieses in einem benachbarten metallischen Behälter (26) mit Wärmeträger (20) elektrische Wirbelströme induziert, die wiederum eine Erhitzung des metallischen Behälters (26) mit dem Wärmeträger (20) bewirken.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität der induktiven Feldspulen (22, 23, 24, 25) im Verhältnis zu ihrem ohmschen Widerstand so hoch gestaltet ist, dass ein Phasenverschiebungswinkel cos φ von unter 0,2 erreicht wird.
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