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.
In der Wintersaison benötigen die Räumlichkeiten eine künstliche Heizung, sonst erleben die Bewohner persönlich alle Freuden der Eiszeit. Zentralheizung in Mehrfamilienhäusern, Einzelheizung in Privathäusern … aber was ist mit großen Räumlichkeiten, zum Beispiel Verkaufsflächen und Lagern? Und bei Baustellen oder beispielsweise bei Autodiensten, bei denen ständig kalte Luft von außen strömt? Die einzige Möglichkeit, eine große Fläche zu heizen, ist die Luftheizung, die entweder auf Heißluftpistolen oder auf Wärmeerzeugern aufgebaut ist. Dieser Artikel behandelt Wärmeerzeuger.
Geschichte der Wärmeerzeuger
Die Erfindung des Konvektionswärmegenerators steht in direktem Zusammenhang mit der Erfindung von Robert Bunsen, einem nach ihm benannten atmosphärischen Brenner. Die ersten Wärmeerzeuger, die 1856 von der englischen Firma „Pettit and Smith“ auf den Markt gebracht wurden, waren mit einem atmosphärischen Brenner ähnlich dem Bunsenbrenner ausgestattet, der nur größer war.
Deutscher experimenteller Chemiker Robert Wilhelm Bunsen1881 erhielt der Engländer Sigismund Leoni ein Patent für einen neuen Typ von Wärmeerzeugern – die Flamme eines Brenners in ihnen erhitzte eine Asbestplatte, die Wärme an die Luft überträgt. In der Folge wurde Asbest durch feuerfesten Ton ersetzt, heute durch haltbarere feuerfeste Materialien.
Ein atmosphärischer Brenner und eine darüber liegende Feuerfestplatte sind die Hauptelemente bei der Konstruktion eines modernen Wärmeerzeugers..
Die Vorrichtung und das Funktionsprinzip des Wärmeerzeugers
Wärmeerzeuger ähneln in ihrer Aufgabe Heißluftpistolen – der Unterschied besteht darin, dass diese Einheiten nur stationär sein können. Typische Ausführung eines Wärmeerzeugers: ein Ventilator (axial oder zentrifugal), darüber befindet sich eine Brennkammer, ein Brenner wird in den unteren Teil eingeführt, ein Luftwärmetauscher befindet sich über dem Brenner. Die in der Brennkammer gebildeten heißen Gase werden dem Wärmetauscher zugeführt und dann zum Schornstein geführt. Der vom Ventilator geblasene Luftstrom wird im Wärmetauscher auf 20-70 ° C erwärmt und gelangt dann in den beheizten Raum oder das Kanalbelüftungssystem.
Abhängig von der Leistung der in ihrer Konstruktion installierten Lüfter können Wärmeerzeuger einen statischen Ausgangsdruck von 100 bis 2000 Pa entwickeln.
In Bezug auf die Wärmeleistung unterscheiden sich Wärmeerzeuger in zwei Typen – bis zu 350-400 kW (in einem einzigen Gehäuse) und bis zu 1000 kW (bestehend aus Wärmeaustausch- und Lüftungsabschnitten)..
Bei Wärmeerzeugern, die für Luftkanalheizungssysteme vorgesehen sind, bestehen der Wärmetauscher und die Brennkammer aus rostfreiem Stahl, und ein Kondensatablaufsystem wird zusätzlich in ihre Konstruktion eingeführt.
Arten von Wärmeerzeugern
Der Hauptunterschied zwischen den vorhandenen Modellen von Wärmeerzeugern besteht darin, welche Art von Brennstoff in ihnen verwendet wird und welche Art von Kühlmittel erwärmt werden soll. Wärmeerzeuger können mit festen Brennstoffen, Gas und Diesel betrieben werden und sind mit einem Universalbrenner ausgestattet. Der Wärmeträger in Heizsystemen, der von einem Wärmeerzeuger beheizt wird, kann sowohl Wasser als auch Luft sein..
GaswärmegeneratorenSie sind für die kontinuierliche Versorgung der Räumlichkeiten mit warmer Luft ausgelegt und werden in vertikaler Position installiert. Der darin installierte Wärmetauscher entzieht den Verbrennungsprodukten einen erheblichen Teil der Wärme und verringert so die Flüchtigkeit der Rauchgase. Das Abgasrohr für Gaswärmeerzeuger muss mit einem Ventilator ausgestattet sein. Wenn die Konstruktion des Wärmeerzeugers eine geschlossene Brennkammer enthält, unter der sich das Gebläse befindet, ist die Wahrscheinlichkeit eines Rückschubs minimal – alle Verbrennungsprodukte werden durch den Schornstein entfernt, weshalb solche Gaswärmegeneratoren als die sichersten angesehen werden. In den meisten Fällen beträgt der Wirkungsgrad von gasbefeuerten Wärmeerzeugern 85-90%.
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-Wärmeerzeuger, Brennstoffe, für die Kerosin oder Dieselkraftstoff verwendet wird, eignen sich gut zum Heizen von Industrieräumen mit einer beträchtlichen Fläche. Sie sind entweder mit einer Düse ausgestattet, die Kraftstoff durch die Brennkammer sprüht, oder der Kraftstoff wird durch ein Tropfverfahren zugeführt. Bei Dauerbetrieb werden sie zweimal täglich betankt..
Für die Verbrennung in Wärmeerzeugern mit Universalbrenner werden sowohl Dieselkraftstoff als auch Altöl, Fette pflanzlichen und tierischen Ursprungs verwendet. Sie sind besonders praktisch in Unternehmen, in denen Probleme bei der Entsorgung von Fetten und Altöl auftreten. Die Wärmeleistung des Wärmeerzeugers, in dem Altöl und Fette verbrannt werden, wird jedoch 200 kW nicht überschreiten, wenn beim Verbrennen von Dieselkraftstoff eine höhere Wärmeleistung erreicht wird. Unabhängig von der Art des verwendeten Brennstoffs benötigt diese Art von Wärmeerzeuger wie jeder andere einen Schornstein. Beim Verbrennen von Altöl ist die Bildung von Schlacken unvermeidlich, die täglich entfernt werden müssen. Für mehr Komfort sind zwei Verbrennungsschalen erforderlich, von denen eine die andere während der Reinigung ersetzt und die Ausfallzeiten des Wärmeerzeugers verringert.
Festbrennstoff-Wärmeerzeugerhaben ein anderes Design als die oben beschriebenen – etwas zwischen Gas / Diesel-Wärmeerzeugern und zwischen einem herkömmlichen Ofen. Sie sind mit einem Ventilator ausgestattet, der Luft durch einen Wärmetauscher bläst und diese den beheizten Räumen zuführt. Sie haben Roststangen und eine Tankklappe. Festbrennstoff-Wärmeerzeuger verbrennen trockenes Holz, Torfbriketts, Kohle und verschiedene landwirtschaftliche Abfälle. Solche Wärmeerzeuger haben einen Wirkungsgrad in der Größenordnung von 80 bis 85%, was etwas weniger ist als bei gasförmigen und flüssigen Brennstoffen – 85 bis 90%. Es sollte auch die große Größe von Festbrennstoff-Wärmeerzeugern und erheblichen Abfall in Form eines nicht brennbaren Teils des Brennstoffs beachtet werden..
Wärmetauscher in Wärmeerzeugern können aus Gusseisen oder Stahl sein: Ihr erster Typ ist korrosionsbeständiger, während massive Wärmetauscher des zweiten Typs im Gegensatz dazu weniger Gewicht haben, aber Korrosion unterliegen. Beide Wärmetauschertypen vertragen Stöße nicht gut, daher muss der Transport und die Installation von Wärmeerzeugern mit größter Sorgfalt durchgeführt 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 – und 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 Luftwärmegenerators sollten diejenigen Modelle berücksichtigt werden, bei denen die Luft indirekt erwärmt wird, d. H. Die Brennkammer ist vollständig vom Kühlmittel isoliert. In diesem Fall wird garantiert, dass Verbrennungsprodukte nicht in die Luftheizkanäle eindringen. Es ist nicht erforderlich, Luft von außen in die Luft innerhalb des Betriebsgeländes zu mischen. Solche Wärmeerzeuger haben jedoch einen höheren Preis, ein höheres Gewicht und höhere 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 – Geschichte
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 höheren Temperatur an den Rändern und einer niedrigeren Temperatur in der Mitte. außerdem dreht sich der Bruch in der Mitte im Gegensatz zum Rand in die entgegengesetzte Richtung. 1934 erhielt Rank in den USA ein Patent für sein „Wirbelrohr“..
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 führte 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 ähnlich wie bei Gasen erwärmt und gekühlt, was Professor Merkulov verwirrte – er konnte die Gründe für dieses Phänomen nicht erklären.
Der Schöpfer des ersten Wirbelwärmegenerators wird übrigens oft als österreichischer Autodidakt Viktor Schauberger bezeichnet, der für 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 Wasserwärmegenerator nach dem Rank-Pipe-Prinzip. James war enttäuscht von den Warmwasserbereitern mit Heizelementen – die Salze im Wasser bildeten eine Ablagerung auf den Heizelementen, was zu einer Überhitzung der Spule und zum Ausfall des Heizelements führte. Aufgrund der Tatsache, dass die Heizelemente einen Wirkungsgrad von nahezu 100% haben und der Elektromotor den Wärmeerzeuger um 90-95% dreht, entschied sich James Griggs, den höheren Energieverbrauch zu kompensieren, indem er die durch die Kalkbildung ausgebrannten Heizelemente nicht ersetzen musste. Griggs ‚Berechnung bezog sich auf Reibung, um das Wasser zu erwärmen. Der amerikanische Ingenieur erwies sich als richtig – der von ihm geschaffene Wärmeerzeuger erwärmte das Wasser wirklich, und seine innere Struktur wurde nicht durch verschiedene im Wasser vorhandene Verunreinigungen und Salze abgenutzt. Zur äußersten Überraschung 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 für jedes Joule Strom, das für den Betrieb eines Wärmeerzeugers aufgewendet wird, 1,5 Joule Wärme erzeugt. Nachdem James Griggs weitere zwei Jahre damit verbracht hatte, die Gründe für das Auftreten von überschüssiger Energie herauszufinden, ohne sie herauszufinden, erhielt er 1994 in den USA ein Patent für einen von ihm geschaffenen Rotationskavitationswärmegenerator.
Woher kommt überschüssige Wärmeenergie in Wirbelwärmegeneratoren?
Der Griggs-Wärmeerzeuger ist wie folgt aufgebaut: Ein Aluminiumrotor wird in einen zylindrischen Stahlkörper eingesetzt, Löcher werden entlang der Felgenoberfläche gebohrt; Das Gehäuse wird mit einer flachen Stahlabdeckung verschlossen, die mit Schrauben befestigt ist. In den flachen Abdeckungen befindet sich an jedem von ihnen ein Einlass für den Wasserfluss. Die Einlässe an beiden Abdeckungen, die an gegenüberliegenden Seiten des Körpers angebracht sind, befinden sich in Bezug zueinander. Wasser, das von einer Seite zum Rotor kommt, umgeht es entlang der Felge und fließt von der gegenüberliegenden Seite mit einer höheren Temperatur als ursprünglich heraus.
Der Grund, warum das Wasser erhitzt wird, ist höchstwahrscheinlich auf Kavitation zurückzuführen. Beim Eintritt in den Rotor und beim Füllen der Löcher entlang seines Randes haftet Wasser an ihnen, aber die Zentrifugalkraft bewirkt eine Dehnung des an den Löchern haftenden Wassers – seine Tröpfchen brechen aus ihnen heraus, rasen an die Wände des Körpers und schneiden in sie hinein. Die resultierende Stoßwelle und der zunehmende Druck „kollabieren“ die große Anzahl von Gas- und Dampfblasen, was in jedem von ihnen einen Druck von Hunderttausenden von Atmosphären und eine Temperatur von mehr als 106 ° C verursacht – akustische Kavitation tritt auf.
Die oben beschriebene Theorie basiert auf dem Phänomen der Sonolumineszenz, das 1934 von den deutschen Wissenschaftlern N. Frenzel und H. Schultes entdeckt wurde, die an einem Sonar für 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 ändert sich die Größe der Blasen von mehreren zehn auf mehrere Mikrometer, ihr Volumen ändert sich mehrmals. Infolgedessen wird das in den Blasen enthaltene Gas heiß genug, um Stahl zu schmelzen, und gibt sogar Licht ab..
Hersteller von Wirbelwärmeerzeugern und deren Kosten
Die Herstellung von Wirbelwärmeerzeugern für den GUS-Markt wird von einer Reihe von Herstellern durchgeführt. Jeder von ihnen hat ein Patent für ein Modell, das auf der Grundlage des von den technischen Spezifikationen entwickelten Modells hergestellt wird. Es gibt keine staatlichen Standards für Wirbelwärmeerzeuger. 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 durchgeführt. In den letzten 20 Jahren haben die Erfinder von Wirbelwärmeerzeugern etwa 50 Patente erhalten.
Die Kosten für Wirbelwärmegeneratoren mit einer elektromotorischen Leistung von 55 kW / h betragen durchschnittlich 290.000 Rubel.
Welche Art von Wärmeerzeuger ist am effizientesten und kostengünstigsten: Luft, Wasser oder Wirbel?