[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Wärme.
[0002] Entsprechende Vorrichtungen werden beispielsweise als Teil von Heizanlagen, insbesondere
als Teil von Gebäudeheizungen, eingesetzt, in welchen ein Fluidum erwärmt und zu einem
Heizkörper zirkuliert wird. Die Erwärmung des Fluidums erfolgt dabei in der Regel
durch die Verbrennung von Öl, Gas, Pellets oder anderen Energieträgern.
[0003] Des Weiteren sind Heizanlagen bekannt, die mittels elektrischem Strom, Erdwärme oder
Fernwärme betrieben werden. Weiterhin existieren Vorrichtungen, bei welchen Wasser
mittels elektromagnetische Induktion erhitzt wird. Hierzu wird beispielsweise auf
die Dokumente
GB 2 339 377 A,
US 5 914 065 A und
DE 10 2013 000 271 A1 verwiesen.
[0004] Bei den bekannten Vorrichtungen ist problematisch, dass diese aufwändig in der Konstruktion
sind. Des Weiteren besteht in Zeiten der Energiewende, knapper Rohstoffe sowie stetig
steigender Umweltverschmutzung ein Bedarf nach Einrichtungen, die eine höhere Effizienz
aufweisen und möglichst wenig Emissionen verursachen.
[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum
Erzeugen von Wärme anzugeben, bei der mit konstruktiv einfachen Mitteln eine effiziente
Wärmeerzeugung realisierbar ist.
[0006] Die voranstehende Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Danach ist
eine Vorrichtung zum Erzeugen von Wärme, mit einer innerhalb einer Einfassung drehbar
angeordneten Welle, angegeben, wobei an der Welle zumindest ein Magnet angeordnet
ist, so dass die Einfassung aufgrund des sich mit der Welle drehenden Magneten mittels
magnetischer Wechselwirkung zumindest bereichsweise erwärmbar ist und wobei die Einfassung
mindestens einen Strömungspfad aufweist, um ein in diesem Strömungspfad geführtes
Fluidum zu erwärmen.
[0007] In erfindungsgemäßer Weise ist erkannt worden, dass die zugrundeliegende Aufgabe
gelöst werden kann, indem eine Einfassung durch mindestens einen an einer, vorzugsweise
linearen, Welle angeordneten Magneten erwärmbar ist. Dabei werden durch das von dem
sich bewegenden Magneten erzeugte Magnetfeld Wirbelströme innerhalb der Einfassung
hervorgerufen, welche die Einfassung erwärmen. In weiter erfindungsgemäßer Weise ist
erkannt worden, dass die Vorrichtung sehr einfach realisierbar ist, wenn die Welle
innerhalb der Einfassung angeordnet ist und die Einfassung mindestens einen Strömungspfad
aufweist, in dem das Fluidum geführt ist. Der Strömungspfad kann beispielsweise außen
entlang der Einfassung verlaufen, so dass das Fluidum außen auf der Einfassung strömt.
[0008] Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann Teil einer Heizanlage, beispielsweise einer
Gebäudeheizung sein, ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel eingeschränkt.
Generell kann die erfindungsgemäße Vorrichtung Anwendung finden, wenn ein Fluidum
auf effiziente, d.h. umweltschonende und ressourcenschonende Weise erwärmt werden
soll. Des Weiteren ist wesentlich, dass mehrere Magneten an der Welle angeordnet sein
können, vorzugsweise äquidistant zueinander. Im Folgenden wird zur Vereinfachung lediglich
von einem Magneten gesprochen, wobei Teil der Offenbarung auch mehrere Magneten sind.
[0009] In vorteilhafter Weise kann die Einfassung zylinderförmig ausgebildet sein. Die Einfassung
kann somit auf besonders einfache Weise um die Welle und den darauf angeordneten Magneten
angeordnet und mittels magnetischer Wechselwirkung bzw. induktiver Erwärmung erwärmbar
sein.
[0010] In besonders vorteilhafter Weise kann der Strömungspfad durch mindestens einen an
der Außenseite der Einfassung ausgebildeten Kanal realisiert sein. Beispielsweise
kann der Kanal aus dem Grundkörper der Einfassung herausgefräst, herausgedreht etc.
sein. Im Konkreten kann es sich bei dem Kanal um eine gewindeartige Nut handeln, in
der das Fluidum geführt ist. Dadurch ist es möglich, das Fluidum über eine äußerst
lange Strecke und somit einen langen Zeitraum in Kontakt mit der Einfassung zu halten,
so dass das Fluidum bei Bedarf stark erhitzt werden kann.
[0011] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Nut eine Steigung von 11 mm bis 30
mm, insbesondere von 18 mm bis 23 mm, vorzugsweise von 21 mm, aufweisen. Alternativ
oder zusätzlich kann die Tiefe der Nut 20 mm bis 40 mm, insbesondere 25 mm bis 35
mm, vorzugsweise 30 mm, betragen. In weiter vorteilhafter Weise kann die Nut eine
Breite von 10 mm bis 14 mm, insbesondere von 11 mm bis 13 mm, vorzugsweise von 12
mm, aufweisen.
[0012] Im Hinblick auf die Realisierung des Strömungspfads kann die Einfassung doppelwandig
ausgebildet sein, so dass mindestens ein Ringkanal realisiert ist. Dabei wird ausdrücklich
darauf hingewiesen, dass eine solche Ausgestaltung mit der Ausführungsform kombiniert
sein kann, wonach die Einfassung auf ihrer Außenseite einen Kanal als Strömungspfad
aufweist. Je nach Anwendungsbereich kann das Fluidum ausschließlich in dem Ringkanal
oder ausschließlich in dem außenliegenden Kanal oder in beiden Kanälen geführt sein,
beispielsweise über eine geeignete Ventileinrichtung.
[0013] Um den Strömungspfad des Fluidums zu beeinflussen, kann in dem Ringkanal mindestens
eine Führungsrippe ausgebildet sein. Beispielsweise kann eine oder können mehrere
Führungsrippen derart ausgebildet sein, dass das Fluidum möglichst gleichmäßig durch
den Ringkanal strömt, so dass eine gleichmäßige Wärmeabgabe von der Einfassung an
das Fluidum ermöglicht wird. Die Führungsrippe kann hierzu in Umfangsrichtung und/oder
in Axialrichtung der Einfassung bzw. schräg an der Einfassung verlaufen. Beliebige
Kombinationen von Führungsrippen sind denkbar.
[0014] Im Hinblick auf eine Maximierung des Wirkungsgrads der Vorrichtung kann die Einfassung
zumindest bereichsweise aus einem Metall, beispielweise aus einer Aluminiumlegierung,
bestehen. Eine besonders effektive Konstruktion ist realisierbar, wenn die Einfassung
aus einer Aluminium-Magnesium-Silicium-Legierung (AlMgSi) - bspw. AlMgSi0,5 F22, vertrieben
unter der Werkstoffnummer 32315 - hergestellt ist. Eine einfache und zuverlässige
Konstruktion kann angegeben werden, wenn die Einfassung insgesamt aus Metall, insbesondere
aus einer Aluminiumlegierung, vorzugsweise aus einer Aluminium-Magnesium-Silicium-Legierung,
besteht.
[0015] Eine besonders effektive Erzeugung von Wärme ist möglich, indem die Welle über einen
Antrieb, insbesondere einen Elektromotor, mit 2.500 Umdrehungen pro Minute (U/Min),
vorzugsweise mit 4.500 U/Min bis 5.000 U/Min antreibbar ist bzw. angetrieben wird.
Ein entsprechendes Verfahren stellt einen Teil der hier beschriebenen Offenbarung
dar.
[0016] In vorteilhafter Weise kann der Magnet bzw. können die Magnete eine Magnetisierungsgüte
von N42SH und/oder eine Haltekraft von 26 Newton aufweisen. Des Weiteren ist es möglich,
dass bei der Anordnung von mehreren Magneten, diese unterschiedliche Eigenschaften
bzw. Kennzahlen aufweisen, beispielsweise Haltekraft, Magnetisierung, Größe etc. Der
Magnet bzw. die Magnete können an der Welle lösbar befestigt sein, insbesondere an
einer entsprechenden Trägereinrichtung bzw. Halteeinrichtung beispielsweise angeklipst
werden. Bei einer solchen Konstruktion kann die Anzahl und räumliche Anordnung der
Magnete sehr leicht angepasst werden. Des Weiteren können Magneten mit unterschiedlichen
Kennzahlen - je nach Bedarf - an der Welle angeordnet werden.
[0017] Um eine hohe Effektivität der Vorrichtung zu erzielen, kann der radiale Abstand zwischen
dem Magneten und der Einfassung 2 mm bis 6 mm, insbesondere 3 mm bis 5 mm, vorzugsweise
4 mm, betragen. Unter dem radialen Abstand ist die Entfernung der sich gegenüberliegenden
Oberflächen von Magnet und Einfassung zu verstehen.
[0018] Weiterhin ist es denkbar, dass die Einfassung innerhalb eines Gehäuses angeordnet
ist. Sofern auf der Außenseite der Einfassung ein Kanal bzw. Kanäle ausgebildet sind,
können diese beispielsweise in radialer Richtung der Einfassung gesehen von dem Gehäuse
abgeschlossen sein. Das Gehäuse kann zumindest teilweise ein Wärme isolierendes Material
umfassen. Auch ist es denkbar, dass zwischen der Einfassung und dem Gehäuse ein weiteres
Bauteil ausgebildet ist, beispielsweise eine Isolierung, die einen etwaigen Strömungspfad
auf der Außenseite der Einfassung radial abschließt.
[0019] Gemäß einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung kann zwischen der Welle
und der Einfassung ein zusätzliches Bauteil, beispielsweise ein Rohr, insbesondere
aus einem Metall oder Kunststoff, vorgesehen sein. Dadurch ist ein Auslaufschutz realisiert,
so dass das Fluidum sicher in der Vorrichtung strömen kann. Bei dem Fluidum kann es
sich beispielsweise um Wasser handeln.
[0020] Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter
Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Anspruch
1 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter
Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung
mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
- Fig.1 1
- in einer schematischen, teilweise geschnittenen Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- Fig. 2
- in einer schematischen, geschnittenen Draufsicht das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.
1,
- Fig.3
- in einer schematischen, teilweise geschnittenen Seitenansicht das Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 1,
- Fig.4
- in einer schematischen, teilweise geschnittenen perspektivischen Ansicht ein weiteres
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- Fig.5
- in einer schematischen, perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer
Einfassung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- Fig. 6
- in einer schematischen, geschnittenen Seitenansicht die Einfassung gemäß Fig. 5,
- Fig. 7
- in einer schematischen Seitenansicht die Einfassung gemäß Fig. 5, und
- Fig.8
- in einer schematischen, geschnittenen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
[0021] Die Fig. 1 bis 3 zeigen in unterschiedlichen, schematischen Darstellungen ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung weist eine Welle 1 mit daran
angeordneten Magneten 2, insbesondere Permanentmagneten, auf. Die Magnete 2 können
in nicht dargestellten Trägereinheiten lösbar angeordnet sein, so dass die Anzahl
und/oder Art und/oder Anordnung der Magnete 2 variierbar ist. Zur Vereinfachung der
Darstellung sind die Magneten 2 in Fig. 2 nicht gezeigt.
[0022] Die Welle 1 ist über einen Antrieb 3, beispielsweise einen Elektromotor, drehbar,
so dass die um die Welle 1 herum angeordnete Einfassung 4 durch elektromagnetische
Induktion erwärmbar ist. Die Einfassung 4 ist dabei doppelwandig ausgebildet, so dass
ein Ringkanal 6 realisiert ist, der als Strömungspfad 5 für ein Fluidum, beispielsweise
Wasser dient. Durch die Drehbewegung der auf der Welle 1 angeordneten Magnete 2 wird
mittels magnetischer Wechselwirkung die Einfassung 4 erwärmt, die wiederum das in
dem Ringkanal 6 fließende Fluidum erwärmt.
[0023] Um die Strömung des Fluidums anzupassen, können in dem Ringkanal 6 eine oder mehrere
Führungsrippen ausgebildet sein. Somit kann der Strömungspfad 5 derart angepasst werden,
dass das Fluidum möglichst gleichmäßig mit der Einfassung 4 in Kontakt kommt und eine
optimale Länge aufweist. In besonders vorteilhafter Weise kann der radiale Abstand
7 zwischen dem Magneten 2 und der Einfassung 4 im Bereich von 2 mm bis 6 mm, insbesondere
von 3 mm bis 5 mm liegen. Ein besonders hoher Wirkungsgrad ist bei einem radialen
Abstand 7 von 4 mm erzielbar. Die Einfassung 4 kann dabei aus einer Aluminiumlegierung
bestehen, in idealer Weise aus einer AlMgSi Legierung. Alternativ oder zusätzlich
kann die Welle 1 von dem Antrieb 3 mit über 2.500 U/Min, vorzugsweise mit 4.500 U/Min
bis 5.000 U/Min, antreibbar sein.
[0024] Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel
der Fig. 1 bis 3 durch die Ausgestaltung des Strömungspfads 5. Dieser verläuft ebenfalls
innerhalb der Einfassung 4, so dass diese zumindest im weitesten Sinne als doppelwandig
angesehen werden kann. Der Strömungspfad 5 ist dabei wendeiförmig bzw. spiralförmig
ausgebildet. Dadurch wird auf besonders einfache Weise erreicht, dass ein möglichst
großer Bereich der Einfassung 4 mit dem Fluidum in Kontakt tritt, so dass eine gute
Wärmeübertragung erfolgt. In Fig. 4 sind zusätzlich der Zulauf 8 und der Ablauf 9
dargestellt, über die das Fluidum der Vorrichtung zugeführt und aus dieser abgeführt
wird.
[0025] Des Weiteren entspricht Fig. 4 dem in dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis
3, so dass auf die diesbezügliche Beschreibung zur Vermeidung von Wiederholungen Bezug
genommen wird.
[0026] Die Fig. 5 bis 7 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Einfassung 4 einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung. Die Einfassung 4 ist zylinderförmig ausgebildet und weist auf ihrer Außenseite
einen Kanal 10 auf, der als Strömungspfad 5 dient. Der Kanal 10 ist dabei als Nut
11 ausgebildet, die gewindeartig um die Außenseite der Einfassung 4 herum verläuft.
Die Einfassung ist in besonders vorteilhafter Weise aus einer Aluminiumlegierung,
insbesondere aus einer AlMgSi Legierung hergestellt.
[0027] Die Nut kann eine Breite 12 von 10 mm bis 14, insbesondere von 11 mm bis 13 mm, vorzugsweise
von 12 mm, und/oder eine Tiefe 13 von 20 mm bis 40 mm, insbesondere von 25 mm bis
35 mm, vorzugsweise von 30 mm, und/oder eine Steigung 14 von 11 mm bis 30 mm, insbesondere
von 18 mm bis 23 mm, vorzugsweise von 21 mm aufweisen. Die Einfassung 4 kann eine
Länge 15 von 250 mm bis 350 mm, insbesondere 275 mm bis 325 mm, vorzugsweise 300 mm
aufweisen und/oder einen Außendurchmesser von 180 mm bis 220 mm, insbesondere von
190 mm bis 210 mm, vorzugsweise von 200 mm aufweisen. Gemäß einem konkreten Ausführungsbeispiel
weist die Einfassung 4 eine Länge 15 von 300 mm, einen Außendurchmesser von 200 mm
auf und weist die Nut 11 eine Tiefe 13 von 30 mm, eine Breite 12 von 12 mm und eine
Steigung 14 von 21 mm auf.
[0028] An dieser Stelle sei nochmals darauf hingewiesen, dass die Einfassung 4 auch aus
einer Kombination der in den Fig. 1 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiele realisiert
sein kann, der Strömungspfad 5 nämlich durch einen Ringkanal 5 gemäß den Fig. 1 bis
3 und/oder durch einen wendelförmigen Strömungspfad 5 gemäß Fig. 4 und/oder durch
eine Nut 11 gemäß den Fig. 5 bis 7 ausgebildet sein. Der Strömungspfad 5 kann dabei
in Axialrichtung der Einfassung gesehen in unterschiedlichen Bereichen der Einfassung
verschieden ausgebildet sein.
[0029] Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
umfassend eine Welle 1 mit daran festgelegten Magneten 2. Die Welle 1 ist innerhalb
einer Einfassung 4 angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der
radiale Abstand 7 zwischen den Magneten 2 und der Einfassung 4 eine Länge von 4 mm
auf, da der Innendurchmesser der Einfassung 101,6 mm beträgt und der Außendurchmesser
der Welle 1 mit darauf angeordneten Magneten 97,6 mm beträgt. Hierbei handelt es sich
dabei um eine bevorzugte Dimensionierung, ist das Ausführungsbeispiel jedoch nicht
zwangsweise auf diese Längen beschränkt.
[0030] Aus Fig. 8 geht des Weiteren hervor, dass die Einfassung 4 in einem Gehäuse 16 angeordnet
ist. Das Gehäuse 16 kann zumindest teilweise aus einem Wärme isolierenden Material
bestehen, um die Effizienz der Vorrichtung zu erhöhen. Ein solches Gehäuse 16 kann
auch bei den in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Vorrichtungen vorgesehen sein und ist
entsprechend von Vorteil.
[0031] Bezüglich der weiteren Figurenbeschreibung wird auf die Ausführungen zu den Fig.
1 bis 7 verwiesen. Wesentlich ist, dass an der in den Fig. 8 dargestellten Vorrichtung
auch die in den Fig. 5 bis 7 dargestellte Einfassung 4 angeordnet sein kann.
[0032] Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie
auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.
[0033] Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich zur Erörterung der
beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.
Bezugszeichenliste
[0034]
- 1
- Welle
- 2
- Magnet
- 3
- Antrieb
- 4
- Einfassung
- 5
- Strömungspfad
- 6
- Ringkanal
- 7
- Abstand
- 8
- Zulauf
- 9
- Ablauf
- 10
- Kanal
- 11
- Nut
- 12
- Breite
- 13
- Tiefe
- 14
- Steigung
- 15
- Länge
- 16
- Gehäuse
1. Vorrichtung zum Erzeugen von Wärme, mit einer innerhalb einer Einfassung (4) drehbar
angeordneten Welle (1), wobei an der Welle (1) zumindest ein Magnet (2) angeordnet
ist, so dass die Einfassung (4) aufgrund des sich mit der Welle (1) drehenden Magneten
(2) mittels magnetischer Wechselwirkung zumindest bereichsweise erwärmbar ist und
wobei die Einfassung (4) mindestens einen Strömungspfad (5) aufweist, um ein in diesem
Strömungspfad (5) geführtes Fluidum zu erwärmen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfassung (4) zylinderförmig ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungspfad (5) durch mindestens einen an der Außenseite der Einfassung (4)
ausgebildeten Kanal (10) realisiert ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (10) als gewindeartige Nut (11) realisiert ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (11) eine Steigung (14) von 11 mm bis 30 mm, insbesondere von 18 mm bis 23
mm, vorzugsweise von 21 mm, aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (11) eine Tiefe (13) von 20 mm bis 40 mm, insbesondere von 25 mm bis 35 mm,
vorzugsweise von 30 mm, aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (11) eine Breite (12) von 10 mm bis 14 mm, insbesondere von 11 mm bis 13
mm, vorzugsweise von 12 mm, aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfassung (4) doppelwandig ausgebildet ist, so dass mindestens ein Ringkanal
(6) als Strömungspfad (5) realisiert ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ringkanal (6) mindestens eine Führungsrippe ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsrippe in Umfangsrichtung und/oder in Axialrichtung der Einfassung (4)
verläuft.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfassung (4) zumindest bereichsweise aus Metall, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung,
vorzugsweise aus einer Aluminium-Magnesium-Silicium-Legierung (AlMgSi), besteht.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfassung (4) insgesamt aus Metall besteht, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung,
vorzugsweise aus einer Aluminium-Magnesium-Silicium-Legierung (AlMgSi).
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) über einen Antrieb (3), insbesondere einen Elektromotor, mit mindestens
2.500 U/Min, vorzugsweise mit 4.500 U/Min bis 5.000 U/Min, antreibbar ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (2) bzw. die Magneten (2) eine Magnetisierungsgüte von N42SH und/oder
eine Haltekraft von 26 Newton aufweisen.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Abstand (7) zwischen dem Magneten (2) und der Einfassung (4) 2 mm bis
6 mm, insbesondere 3 mm bis 5 mm, vorzugsweise 4 mm, beträgt.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfassung (4) innerhalb eines Gehäuses (16) angeordnet ist.