Wärmeerzeuger: Luft, Wasser und Wirbel

In diesem Artikel: Geschichte der Wärmeerzeuger Funktionsprinzip und Gerät; Arten von Wärmeerzeugern; Hersteller und durchschnittliche Kosten von Wärmeerzeugern; die Geschichte des Wirbelkavitationswärmegenerators; das Prinzip des Wirbelwärmegenerators; Hersteller von Kavitationswärmeerzeugern in der GUS.

Wärmeerzeuger

In der Wintersaison ben√∂tigen die R√§umlichkeiten eine k√ľnstliche Heizung, sonst erleben die Bewohner pers√∂nlich alle Freuden der Eiszeit. Zentralheizung in Mehrfamilienh√§usern, Einzelheizung in Privath√§usern … aber was ist mit gro√üen R√§umlichkeiten, zum Beispiel Verkaufsfl√§chen und Lagern? Und bei Baustellen oder beispielsweise bei Autodiensten, bei denen st√§ndig kalte Luft von au√üen str√∂mt? Die einzige M√∂glichkeit, eine gro√üe Fl√§che zu heizen, ist die Luftheizung, die entweder auf Hei√üluftpistolen oder auf W√§rmeerzeugern aufgebaut ist. Dieser Artikel behandelt W√§rmeerzeuger.

Geschichte der Wärmeerzeuger

Die Erfindung des Konvektionsw√§rmegenerators steht in direktem Zusammenhang mit der Erfindung von Robert Bunsen, einem nach ihm benannten atmosph√§rischen Brenner. Die ersten W√§rmeerzeuger, die 1856 von der englischen Firma „Pettit and Smith“ auf den Markt gebracht wurden, waren mit einem atmosph√§rischen Brenner √§hnlich dem Bunsenbrenner ausgestattet, der nur gr√∂√üer war.

Robert Wilhelm Bunsen
Deutscher experimenteller Chemiker Robert Wilhelm Bunsen

1881 erhielt der Engl√§nder Sigismund Leoni ein Patent f√ľr einen neuen Typ von W√§rmeerzeugern – die Flamme eines Brenners in ihnen erhitzte eine Asbestplatte, die W√§rme an die Luft √ľbertr√§gt. In der Folge wurde Asbest durch feuerfesten Ton ersetzt, heute durch haltbarere feuerfeste Materialien.

Ein atmosph√§rischer Brenner und eine dar√ľber liegende Feuerfestplatte sind die Hauptelemente bei der Konstruktion eines modernen W√§rmeerzeugers..

Die Vorrichtung und das Funktionsprinzip des Wärmeerzeugers

W√§rmeerzeuger √§hneln in ihrer Aufgabe Hei√üluftpistolen – der Unterschied besteht darin, dass diese Einheiten nur station√§r sein k√∂nnen. Typische Ausf√ľhrung eines W√§rmeerzeugers: ein Ventilator (axial oder zentrifugal), dar√ľber befindet sich eine Brennkammer, ein Brenner wird in den unteren Teil eingef√ľhrt, ein Luftw√§rmetauscher befindet sich √ľber dem Brenner. Die in der Brennkammer gebildeten hei√üen Gase werden dem W√§rmetauscher zugef√ľhrt und dann zum Schornstein gef√ľhrt. Der vom Ventilator geblasene Luftstrom wird im W√§rmetauscher auf 20-70 ¬į C erw√§rmt und gelangt dann in den beheizten Raum oder das Kanalbel√ľftungssystem.

Die Vorrichtung und das Funktionsprinzip des Wärmeerzeugers

Abh√§ngig von der Leistung der in ihrer Konstruktion installierten L√ľfter k√∂nnen W√§rmeerzeuger einen statischen Ausgangsdruck von 100 bis 2000 Pa entwickeln.

In Bezug auf die W√§rmeleistung unterscheiden sich W√§rmeerzeuger in zwei Typen – bis zu 350-400 kW (in einem einzigen Geh√§use) und bis zu 1000 kW (bestehend aus W√§rmeaustausch- und L√ľftungsabschnitten)..

Bei W√§rmeerzeugern, die f√ľr Luftkanalheizungssysteme vorgesehen sind, bestehen der W√§rmetauscher und die Brennkammer aus rostfreiem Stahl, und ein Kondensatablaufsystem wird zus√§tzlich in ihre Konstruktion eingef√ľhrt.

Arten von Wärmeerzeugern

Der Hauptunterschied zwischen den vorhandenen Modellen von W√§rmeerzeugern besteht darin, welche Art von Brennstoff in ihnen verwendet wird und welche Art von K√ľhlmittel erw√§rmt werden soll. W√§rmeerzeuger k√∂nnen mit festen Brennstoffen, Gas und Diesel betrieben werden und sind mit einem Universalbrenner ausgestattet. Der W√§rmetr√§ger in Heizsystemen, der von einem W√§rmeerzeuger beheizt wird, kann sowohl Wasser als auch Luft sein..

Gasw√§rmegeneratorenSie sind f√ľr die kontinuierliche Versorgung der R√§umlichkeiten mit warmer Luft ausgelegt und werden in vertikaler Position installiert. Der darin installierte W√§rmetauscher entzieht den Verbrennungsprodukten einen erheblichen Teil der W√§rme und verringert so die Fl√ľchtigkeit der Rauchgase. Das Abgasrohr f√ľr Gasw√§rmeerzeuger muss mit einem Ventilator ausgestattet sein. Wenn die Konstruktion des W√§rmeerzeugers eine geschlossene Brennkammer enth√§lt, unter der sich das Gebl√§se befindet, ist die Wahrscheinlichkeit eines R√ľckschubs minimal – alle Verbrennungsprodukte werden durch den Schornstein entfernt, weshalb solche Gasw√§rmegeneratoren als die sichersten angesehen werden. In den meisten F√§llen betr√§gt der Wirkungsgrad von gasbefeuerten W√§rmeerzeugern 85-90%.

Gaswärmegeneratoren

Bei der Auswahl eines Modells eines Gaswärmegenerators muss besonders auf dessen Fähigkeit geachtet werden, bei reduziertem Gasdruck zu arbeiten. Wenn eine Gebäudeheizung auf einem Gaswärmegenerator ohne zentrale Gasversorgung betrieben wird, ist es besonders praktisch, einen Gastank mit einem Volumen von 2500 Litern oder mehr zu installieren (das erforderliche Volumen hängt vom beheizten Bereich des Gebäudes ab).

Diesel-W√§rmeerzeuger, Brennstoffe, f√ľr die Kerosin oder Dieselkraftstoff verwendet wird, eignen sich gut zum Heizen von Industrier√§umen mit einer betr√§chtlichen Fl√§che. Sie sind entweder mit einer D√ľse ausgestattet, die Kraftstoff durch die Brennkammer spr√ľht, oder der Kraftstoff wird durch ein Tropfverfahren zugef√ľhrt. Bei Dauerbetrieb werden sie zweimal t√§glich betankt..

Diesel-Wärmeerzeuger

F√ľr die Verbrennung in W√§rmeerzeugern mit Universalbrenner werden sowohl Dieselkraftstoff als auch Alt√∂l, Fette pflanzlichen und tierischen Ursprungs verwendet. Sie sind besonders praktisch in Unternehmen, in denen Probleme bei der Entsorgung von Fetten und Alt√∂l auftreten. Die W√§rmeleistung des W√§rmeerzeugers, in dem Alt√∂l und Fette verbrannt werden, wird jedoch 200 kW nicht √ľberschreiten, wenn beim Verbrennen von Dieselkraftstoff eine h√∂here W√§rmeleistung erreicht wird. Unabh√§ngig von der Art des verwendeten Brennstoffs ben√∂tigt diese Art von W√§rmeerzeuger wie jeder andere einen Schornstein. Beim Verbrennen von Alt√∂l ist die Bildung von Schlacken unvermeidlich, die t√§glich entfernt werden m√ľssen. F√ľr mehr Komfort sind zwei Verbrennungsschalen erforderlich, von denen eine die andere w√§hrend der Reinigung ersetzt und die Ausfallzeiten des W√§rmeerzeugers verringert.

Festbrennstoff-W√§rmeerzeugerhaben ein anderes Design als die oben beschriebenen – etwas zwischen Gas / Diesel-W√§rmeerzeugern und zwischen einem herk√∂mmlichen Ofen. Sie sind mit einem Ventilator ausgestattet, der Luft durch einen W√§rmetauscher bl√§st und diese den beheizten R√§umen zuf√ľhrt. Sie haben Roststangen und eine Tankklappe. Festbrennstoff-W√§rmeerzeuger verbrennen trockenes Holz, Torfbriketts, Kohle und verschiedene landwirtschaftliche Abf√§lle. Solche W√§rmeerzeuger haben einen Wirkungsgrad in der Gr√∂√üenordnung von 80 bis 85%, was etwas weniger ist als bei gasf√∂rmigen und fl√ľssigen Brennstoffen – 85 bis 90%. Es sollte auch die gro√üe Gr√∂√üe von Festbrennstoff-W√§rmeerzeugern und erheblichen Abfall in Form eines nicht brennbaren Teils des Brennstoffs beachtet werden..

Festbrennstoff-Wärmeerzeuger

W√§rmetauscher in W√§rmeerzeugern k√∂nnen aus Gusseisen oder Stahl sein: Ihr erster Typ ist korrosionsbest√§ndiger, w√§hrend massive W√§rmetauscher des zweiten Typs im Gegensatz dazu weniger Gewicht haben, aber Korrosion unterliegen. Beide W√§rmetauschertypen vertragen St√∂√üe nicht gut, daher muss der Transport und die Installation von W√§rmeerzeugern mit gr√∂√üter Sorgfalt durchgef√ľhrt werden..

Die Vorteile von Luftwärmeerzeugern sind höher im Vergleich zur Warmwasserbereitung, der Effizienz und Geschwindigkeit der Beheizung der Räumlichkeiten sowie bei der Arbeit an Altöl Рund sparen Kraftstoff, ganz zu schweigen von der Lösung des Problems der Abfallentsorgung.

Die durchschnittlichen Kosten eines 400-kW-Wärmeerzeugers betragen 90.000 RUB. Auf dem russischen Markt gibt es Wärmeerzeuger von Master (USA), Kroll (Deutschland), Sial und ITM (Italien), Benson Heating (England) und FEG Konvektor GF (Ungarn)..

Bei der Auswahl eines Luftw√§rmegenerators sollten diejenigen Modelle ber√ľcksichtigt werden, bei denen die Luft indirekt erw√§rmt wird, d. H. Die Brennkammer ist vollst√§ndig vom K√ľhlmittel isoliert. In diesem Fall wird garantiert, dass Verbrennungsprodukte nicht in die Luftheizkan√§le eindringen. Es ist nicht erforderlich, Luft von au√üen in die Luft innerhalb des Betriebsgel√§ndes zu mischen. Solche W√§rmeerzeuger haben jedoch einen h√∂heren Preis, ein h√∂heres Gewicht und h√∂here Abmessungen..

Wärmeerzeuger mit den Funktionen Warmwasser und Heizung können die Probleme der Wärmeversorgung vollständig lösen, da sie größtenteils mit festen Brennstoffen betrieben werden.

Vortex-Wärmeerzeuger РGeschichte

Diese Art von Wärmeerzeugern verdient besondere Aufmerksamkeit, vor allem aufgrund des Widerstands ihrer Anhänger und Gegner..

In den 20er Jahren des letzten Jahrhunderts stellte der Franzose Joseph Rank, der in der Luftkammer einer Zyklonanlage forschte, fest, dass Gase in einer zylindrischen oder konischen Kammer beim Verwirbeln in zwei Fraktionen getrennt werden – mit einer h√∂heren Temperatur an den R√§ndern und einer niedrigeren Temperatur in der Mitte. au√üerdem dreht sich der Bruch in der Mitte im Gegensatz zum Rand in die entgegengesetzte Richtung. 1934 erhielt Rank in den USA ein Patent f√ľr sein „Wirbelrohr“..

Vortex-Wärmeerzeuger

Der Deutsche Robert Hilsch setzte in den 40er Jahren die Forschungen seines französischen Kollegen fort und erzielte aufgrund seines verbesserten Designs einen größeren Unterschied zwischen den Temperaturen der beiden Luftströme, die das Rank-Wirbelrohr verlassen.

In den 50er Jahren f√ľhrte der sowjetische Wissenschaftler A. Merkulov eine Reihe von Experimenten mit dem Rank-Wirbelrohr durch und beschloss, Wasser anstelle von Gas hinein zu pumpen. Theoretisch sollte es keinen Temperaturunterschied im Wasser geben, das durch das Rank-Rohr getrieben wurde, da Wasser im Gegensatz zu Gasen nicht komprimiert werden kann … Entgegen den Erwartungen wurde der gegabelte Wirbelstrom von Wasser √§hnlich wie bei Gasen erw√§rmt und gek√ľhlt, was Professor Merkulov verwirrte – er konnte die Gr√ľnde f√ľr dieses Ph√§nomen nicht erkl√§ren.

Der Sch√∂pfer des ersten Wirbelw√§rmegenerators wird √ľbrigens oft als √∂sterreichischer Autodidakt Viktor Schauberger bezeichnet, der f√ľr seine 1921 gebaute Saugturbine bekannt ist, die nur mit Wasser arbeitet …

Vor zwanzig Jahren baute der Amerikaner James Griggs, dessen Interessengebiet im Bereich Heizung lag, als erster einen Wasserw√§rmegenerator nach dem Rank-Pipe-Prinzip. James war entt√§uscht von den Warmwasserbereitern mit Heizelementen – die Salze im Wasser bildeten eine Ablagerung auf den Heizelementen, was zu einer √úberhitzung der Spule und zum Ausfall des Heizelements f√ľhrte. Aufgrund der Tatsache, dass die Heizelemente einen Wirkungsgrad von nahezu 100% haben und der Elektromotor den W√§rmeerzeuger um 90-95% dreht, entschied sich James Griggs, den h√∂heren Energieverbrauch zu kompensieren, indem er die durch die Kalkbildung ausgebrannten Heizelemente nicht ersetzen musste. Griggs ‚Berechnung bezog sich auf Reibung, um das Wasser zu erw√§rmen. Der amerikanische Ingenieur erwies sich als richtig – der von ihm geschaffene W√§rmeerzeuger erw√§rmte das Wasser wirklich, und seine innere Struktur wurde nicht durch verschiedene im Wasser vorhandene Verunreinigungen und Salze abgenutzt. Zur √§u√üersten √úberraschung von James ergab die Berechnung der Energiekosten jedoch nicht den geplanten Energieverlust von 10%, sondern im Vergleich zu Heizsystemen mit Heizelementen Einsparungen von 14%! Nach experimentellen Tests im Jahr 1992 stellte Griggs fest, dass eine Heizung f√ľr jedes Joule Strom, das f√ľr den Betrieb eines W√§rmeerzeugers aufgewendet wird, 1,5 Joule W√§rme erzeugt. Nachdem James Griggs weitere zwei Jahre damit verbracht hatte, die Gr√ľnde f√ľr das Auftreten von √ľbersch√ľssiger Energie herauszufinden, ohne sie herauszufinden, erhielt er 1994 in den USA ein Patent f√ľr einen von ihm geschaffenen Rotationskavitationsw√§rmegenerator.

Woher kommt √ľbersch√ľssige W√§rmeenergie in Wirbelw√§rmegeneratoren?

Der Griggs-W√§rmeerzeuger ist wie folgt aufgebaut: Ein Aluminiumrotor wird in einen zylindrischen Stahlk√∂rper eingesetzt, L√∂cher werden entlang der Felgenoberfl√§che gebohrt; Das Geh√§use wird mit einer flachen Stahlabdeckung verschlossen, die mit Schrauben befestigt ist. In den flachen Abdeckungen befindet sich an jedem von ihnen ein Einlass f√ľr den Wasserfluss. Die Einl√§sse an beiden Abdeckungen, die an gegen√ľberliegenden Seiten des K√∂rpers angebracht sind, befinden sich in Bezug zueinander. Wasser, das von einer Seite zum Rotor kommt, umgeht es entlang der Felge und flie√üt von der gegen√ľberliegenden Seite mit einer h√∂heren Temperatur als urspr√ľnglich heraus.

Vortex-Wärmeerzeuger

Der Grund, warum das Wasser erhitzt wird, ist h√∂chstwahrscheinlich auf Kavitation zur√ľckzuf√ľhren. Beim Eintritt in den Rotor und beim F√ľllen der L√∂cher entlang seines Randes haftet Wasser an ihnen, aber die Zentrifugalkraft bewirkt eine Dehnung des an den L√∂chern haftenden Wassers – seine Tr√∂pfchen brechen aus ihnen heraus, rasen an die W√§nde des K√∂rpers und schneiden in sie hinein. Die resultierende Sto√üwelle und der zunehmende Druck „kollabieren“ die gro√üe Anzahl von Gas- und Dampfblasen, was in jedem von ihnen einen Druck von Hunderttausenden von Atmosph√§ren und eine Temperatur von mehr als 106 ¬į C verursacht – akustische Kavitation tritt auf.

Die oben beschriebene Theorie basiert auf dem Ph√§nomen der Sonolumineszenz, das 1934 von den deutschen Wissenschaftlern N. Frenzel und H. Schultes entdeckt wurde, die an einem Sonar f√ľr U-Boote arbeiteten. Sie fanden heraus, dass Schallwellen eine Ausdehnung und Kontraktion von Gasblasen im Wasser verursachen – unter dem Einfluss von Vibrationen und im Laufe der Zeit √§ndert sich die Gr√∂√üe der Blasen von mehreren zehn auf mehrere Mikrometer, ihr Volumen √§ndert sich mehrmals. Infolgedessen wird das in den Blasen enthaltene Gas hei√ü genug, um Stahl zu schmelzen, und gibt sogar Licht ab..

Hersteller von Wirbelwärmeerzeugern und deren Kosten

Die Herstellung von Wirbelw√§rmeerzeugern f√ľr den GUS-Markt wird von einer Reihe von Herstellern durchgef√ľhrt. Jeder von ihnen hat ein Patent f√ľr ein Modell, das auf der Grundlage des von den technischen Spezifikationen entwickelten Modells hergestellt wird. Es gibt keine staatlichen Standards f√ľr Wirbelw√§rmeerzeuger. Ihre Produktion wird von den Firmen „YUSMAR“ LLC (Moldawien), dem russischen KKW „Alternative Energietechnologien und Kommunikation“, „Noteka-S“ LLC, dem KKW „Angstrem“, „ORBI“ UK LLC, „Kommash Plant“ JSC und anderen durchgef√ľhrt. In den letzten 20 Jahren haben die Erfinder von Wirbelw√§rmeerzeugern etwa 50 Patente erhalten.

Die Kosten f√ľr Wirbelw√§rmegeneratoren mit einer elektromotorischen Leistung von 55 kW / h betragen durchschnittlich 290.000 Rubel.

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