专利名称：用于加热流体的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于加热流体的装置，其具有外壳，该外壳包括外壳身、外壳底和外壳盖，该装置还具有用于流体的至少一个入口和至少一个出口，其中在外壳中彼此有间距地设置至少两个电极，特别是至少一个阳极和至少一个阴极，这些电极与至少一个脉冲发生器的各一个极导电地连接；还涉及一种供暖设备，其包括至少一个用于第一流体的输送装置，至少一个用于加热流体的装置，至少一个换热器，在该换热器中将所生成的热量从所述流体传递给其它的流体；以及还涉及用于加热流体的装置的应用。
背景技术：
在现有技术中用于电加热的方法已经广为人知。这些方法可以细分 为电阻加热、电弧加热、感应加热、介质加热、电子加热、激光加热和混合加热。这样例如由RU 21 57861C公知了一种用于获得热能、氢和氧的设备，该设备以物理化学技术为基础。这个装置包括由绝缘材料构成的外壳，该外壳设置有一个带通孔的、浇铸的筒状锥形凸台，该凸台与外壳共同构成阳极室或者阴极室。阳极被构造成带有开口的扁平的环，置于阳极室内并且与电源的正极相连接。杆形的阴极由耐高温的材料构成并且被插到一个绝缘的外螺纹杆内，借助该外螺纹杆阴极可以通过外壳中的螺纹孔在端盖通孔中同心地且与电源的负极相连接地插到中间电极腔内。用于工作液的输入口接管位于阳极室的中间部分中。迄今为止已知的用于固体、液体和气体的电加热的方法和装置的不足之处在于加热过程的高能量强度。这首先体现在低效率方面。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种更经济的用于加热流体的可能性。本发明的这个目的分别独立地通过开头所述用于加热流体的装置、供暖设备以及根据本发明的装置为房屋供暖的应用得以实现，其中，脉冲发生器构造为用于发出可变的电压脉冲，并且供暖设备包括至少一个根据本发明的用于加热流体的装置。通过为流体加载的电压脉冲在系统中、即在流体的分子结构中激发分子的振动行为。由此破坏了分子在流体中存在的秩序，其中，分子致力于再次建立与流体的相应温度有关的秩序状态。可观察到如脉冲发生器构造为用于发出可变的电压脉冲，而不是随时间导入同样的脉冲、即具有恒定振幅和/或恒定脉冲持续时间的电压脉冲，则能够借助电压脉冲来提高加热流体的效率。通过这种可变性，始终破坏流体的试图在系统中建立特定秩序的行为。由此能够提高装置的效能。有利的是脉冲发生器生成这样的电压脉冲，其振幅选自下限为330V，特别是500V且上限为1500V，特别是1200V的范围。如将水用作热载体介质，即用作流体，则正是所述范围对于改善水的加热是有利的。为了避免在流体中建立分子的特定的秩序状态，也可作如下设置脉冲发生器包括随机数发生器，其可设计为硬件式的或软件式的，借助其能够将电压脉冲设计为可变的。
根据一种优选的实施变型设置如下脉冲发生器生成这样的电压脉冲，其具有至少25ν/μ s的陡峭的上升边坡。为此借助一种优选的实施变型将脉冲发生器构造为用于发出矩形的电压脉冲。通过脉冲的用于达到最大振幅的陡峭的上升边坡，能量被“爆炸式地”输入系统、即输入流体，由此能够更好地避免分子的过早的重建并由此能够实现更高的能
量输出。可以如此构造脉冲发生器，使其发出这样脉冲频率的电压脉冲，该脉冲频率选自下限为20Hz，特别是800Hz，优选2530Hz且上限为20kHz，特别是I IkHz的范围，或者发出具有这样脉冲持续时间的电压脉冲，该脉冲持续时间选自下限为2ns，特别是IOns且上限为10μ S，特别是5μ s的范围，或者发出具有这样脉冲间歇时间的电压脉冲，该脉冲间歇时间选自下限为2 μ S，特别是5 μ s且上限为20 μ S，特别是8 μ s的范围。因此当水作为流体用作热载体时，又能够通过本发明的单个或彼此任意组合的各个实施变型来提高效能。为了避免建立流体的分子的秩序状态，也可以设置如下脉冲发生器构造为用于 生成可变的脉冲间歇时间，从而使电压脉冲加载在可变的频率中完成。有利的是,在反应室内设置有至少一个另外的电极,优选至少两个另外的电极，这个或者这些电极与能量源导电地连接，从而通过反应室内的这个(些)附加的电极，离子被释放到流体中，由此能够有针对性地影响流体的传导能力并且由此能够使电压脉冲通过阴极和阳极传入流体内以加热所述流体得以改善，这不同于在流体内加入导电盐，尽管由此同样可以影响传导能力，但是与所添加的导电盐的浓度相关，传导能力由此有确定的值。与此不同，通过两个另外的电极，传导能力是可控制的或者可调节的。如果在供暖设备中使用根据本发明的装置，这一点特别具有优越性，因为在内部设置有所述装置的这种供暖设备的初级环流中在初次投入运行后一般情况下会构成一个封闭的系统，压力平衡或者过压保护除外。通过用本发明，即使是在运行期间也可以从外部对传导能力施加影响，此处提供一种以较高的效率运行所述装置的可能性。优选另外的电极或至少两个另外的电极由以下材料构成，该材料选自包括PcUPt、Ti、Rh、Au、Ag、Ni、Cu、Ir、Fe、V、Nb、Ta和它们的合金的组，特别是由这些元素中的至少两种共同构成的合金的组，其中，优选元素Pd、Pt、Ti、Rh和合金。由此在装置中实现较好的系统稳定性，特别是在至少一个另外的电极的耐用度方面。还令人意想不到的是发现装置的效率，即，加热功率，与由其它材料构成的电极相比得到改善。优选另外的电极或两个另外的电极中的至少一个设置在阳极或者阴极的区域内。通过另外的电极或者另外的电极中的至少一个的这种布置结构实现了 在反应室中被加载电压脉冲的流体已经在加载电压脉冲后迅速地进入两个另外的电极的至少一个的区域，其中，流体的分子由于电压脉冲加载到这个区域内而依然具有较高的能态或者较高的内能，从而改善了离子通过两个另外的电极的生成，其中，作为对此的补充出现了如下的效果传递到流体的分子上的能量的一部分被用于生成离子而不是用于部分蒸发流体，从而能够在流体中更好地避免毫米量级的较大的气泡或者汽泡的构成，这些泡会妨碍装置的效率，即效能。已经得到实际验证如果至少两个另外的电极之间的间距为由外壳限定的反应室的长度的至少10%，特别是至少25%，则具有优势。长度在此可以理解为沿该反应室的纵向中间轴线的方向并且由如下的区域构成在该区域内设置有至少一个阳极和至少一个阴极。通过两个另外的电极的这种几何定位，通过使在外壳中，即反应室中具有用于流体均匀化的足够大的混合段或者足够大的容积，能够实现源自电极的离子在流体中的更好的均匀化。此外还能够由此在这两个电极之间施加相对微弱的电压，从而不会对阳极与阴极之间的电压脉冲生成产生不利影响。还可以设置如下另外的电极或至少两个另外的电极构造为棒状的，其直径最大为至少一个阴极的最小尺寸的30%，特别是最大为20%。一方面这个(些)电极由此需要相对小的空间，另一方面通过另外的电极的与此相关联的小的表面更好地阻止了流体中离子浓度过大的发生，从而使装置可以得到更好的控制，因为可能·出现的电参数的微弱的波动对流体没有本质的影响，用所述电参数运行另外的电极或者两个另外的电极。在优选的实施变型中，用于至少两个另外的电极的能量源为稳压电源，以由此在系统中实现离子的连续生成。根据另一种实施变型设置如下在电流强度选自下限为2000A，特别是4000A，且上限为8000A，特别是6000A的范围的情况下，另外的电极或者至少两个另外的电极在电解液中用如下电压脉冲来进行活化处理，该电压脉冲具有选自5V至50V，特别是IOV至20V的范围的振幅，优选具有15V (直流电);且具有选自I μ s至10μ S，特别是3μ s至5 μ S的范围的脉冲持续时间。通过这种被活化处理的表面能够实现两个另外的电极的明显改善的效能，且由此能够实现装置的效率的提高。此外还有利的是反应室内，即装置内包含的流体为水并且在该水中包含有电解质，从而由此已经获得了流体的一定的基本传导能力并且由此能够降低两个另外的电极的能量消耗。优选电解质包含有硅酸钠(Na2Si03)、至少一种碱液，特别是Κ0Η、蒸馏水或去离子水，以及必要的情况下Na2S03和/或K2S04，通过这种方式一方面可以看到在通过两个另外的电极生成离子方面的优点，并且另一方面由此也使装置中包含有对环境无害的电解质。至少两个另外的电极可以沿外壳的纵向延伸的方向地且彼此同轴地设置在外壳中，由此能够实现在电压脉冲加载后通过两个电极之间的微小的有效面使流体稳定的优点，所述有效面基本上限制在所述电极的相互对置的端部区域上。为了提高在内部设置有电极的外壳的区域中用电压脉冲给流体加载的效能，设置如下至少一个电极，特别是阳极，构造为篮子状的，其中，优选根据另一种实施变型将至少一个电极至少部分地设置在所述篮子状的电极之内，特别是阴极至少部分地设置在该篮子状的阳极之内。由此可以实现弓I入的电荷载体在流体内的更加均匀的分布。另外还可以观察到如果电极之间，特别是阴极与阳极之间的间距为至少5mm，特别是至少7_，装置的效能以及进一步来说供暖设备的效能能够得到提高。特别是这一点还对在流体中的小泡构成具有重要意义。在根据本发明的装置的优选实施变型中，外壳身构造为筒状的，通过这种方式由于避免了棱边等以及由此避免了流体内的涡流而能够实现流体的有利的流动行为。还可以设置如下至少一个电极相对另外的电极，特别是阳极相对阴极和/或阴极相对阳极在外壳内可调整地设置。由此具有如下可能性电极之间的间距即使在装置运行期间也可以被再校准，以由此提高根据本发明的装置的效能。
另外还可以设置如下在反应室内设置有至少一个激光器。能够用该激光器实现使源自两个另外的电极或者添加的电解质的离子活化，通过这种方式能够改善流体的传导能力并且由此能够提高电压脉冲输入流体的效能。优选激光器发射选自下限为300THZ，特别是410THZ且上限为550THz，特别是490THz的范围的频率的光。此处还可以设置如下激光器与生成间歇性的光的装置相连接，其中，根据一种实施变型该激光器发射光脉冲，该光脉冲的脉冲持续时间选自下限为20μ S，特别是33μ s且上限为100μ S，特别是50μ s的范围。与具有由发光二级管发射的间歇性的光的本发明的实施变型相类似，在实际中具有如下发现间歇性的激光射线，特别是选自给定范围的频率的激光射线能够提高装置或者供暖设备的加热功率。
脉冲发生器优选设置有调节和/或控制模块，以由此实现供应给流体的电压脉冲，特别是电压脉冲的形状的更高的精度。为此可选地，脉冲发生器出于相同目的也可以与外部的调节和/或控制装置连接。根据供暖设备的优选的实施变型，换热器构造为加热体，从而使该供暖设备被设计为特别用于加热房屋的室内空气。
为了更好地理解本发明，参照后附的附图进一步阐述本发明。在简化的示意性示图中分别示出图I :用于加热流体的装置的实施变型；图2 :供暖设备；图3 电压脉冲图形的一种变型；图4 :用于两个另外的电极的材料选择对装置的效率的影响；图5 :两个另外的电极的活化对装置的效率的影响；图6 :将可变的电压脉冲供应到流体中对效率的影响。
具体实施例方式首先要说明的是在不同描述的实施方式中相同部件被标注相同的附图标记或者相同的构件名称，其中，所有的说明书中包含的公开内容按照意义能够转引在具有相同的附图标记或者相同的构件名称的相同部件上。此外在说明书中所选用的位置表述，诸如上、下、侧等等也是针对直接描述的以及示出的附图而言并且在位置变化时按照意义转指新的位置。图I示出根据本发明的用于加热流体的装置1，优选加热水。该装置包括外壳2，该外壳包括一个外壳身3以及一个外壳底4和一个外壳盖5。外壳2,就是说外壳身3和/或外壳底4和/或外壳盖5优选由绝缘材料制成，例如由塑料制成，诸如聚乙烯(ΡΕ)、聚丙烯(ΡΡ)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、有机玻璃等。如从图I可以看出的那样，不论是外壳底4还是外壳盖5通过各一个外壳身3内的内螺纹-该外壳身3的两个端部区域7、8的每一个配置有各一个螺纹6-或者外壳底4上以及外壳盖5上的相应的外螺纹与外壳身3旋接，这样外壳底4或者外壳盖5从外壳身3可移除地设置在该外壳身内。当然也可以通过将外壳底4或外壳盖5简单地推到外壳身3中代替旋接来实现这种可移除性，其中在这种实施变型中应该注意的是相应的密封性例如通过设置密封环或者类似的诸如O型环得以实现。而此外还可以将外壳底4和/或外壳盖5通过压配合设置在外壳身3中或采用其它的方法与该外壳身不可拆地相连，例如通过焊接等。而还可以设置如下只有外壳底4或只有外壳盖5是从外壳身3可移除的。另外可以将外壳2构造为与外壳底4和/或与外壳盖5是一体的。在图I所示的装置I的实施变型 中，外壳2被构造成筒状的。当然还存在如下的可能性外壳2-尽管筒状的构造能够降低反向作用于通过装置I输送的流体9，特别是水的流动阻力-可以具有其它的空间形状，例如立方体等。外壳盖5沿纵向中间轴线10具有一个例如孔形式的空隙，该空隙起用于流体9流入装置I、即装置I的反应室12的入口 11的作用。在外壳底4中设置有一个轴向孔式的出口 13，以由此保障流体9从反应室12中流出。而不论是入口 11还是出口 13还可以位于装置I的外壳2中的其它位置，例如在外壳身3中，或者径向地位于外壳底4或外壳盖5中，以由此使流入的流体9切向流动。在必要的情况下，还可以设置多于一个的入口 11和/或多于一个的出口 13，其中开口可以是沿轴向和/或沿径向的，即，例如一个或多个入口 11沿轴向且一个或多个入口11沿径向和/或一个或多个出口 13沿轴向且一个或多个出口 13沿径向。在反应室12内设置有至少一个阳极14和至少一个阴极15。如在图I中所示出的那样，阳极14优选构造成篮子状的并且至少一个阴极15至少部分地设置在由阳极14限定的空间内部。为了使流体9更加容易流过，阳极14可以在朝向外壳底4的端部区域16内设置有一个或者多个穿孔17，这些穿孔优选沿径向定向，这样流体9被转向沿垂直于纵向中间轴线10的方向离开反应室12内由阳极14限定的区域。但是还有如下的可能性阳极14构造成栅状的，或者作为一个穿孔17或者多个穿孔17的可选方案或者附加方案，也可以在阳极14朝向容器底部4的部分中，也就是在篮子状的阳极14的“底部”中构造这样的穿孔。为此在一种实施变型中具有如下可能性阳极14如同阴极15 —样构造成棒形的。也可以设置多个阳极14和阴极15，其中，在这种情况中优选交替地设置阳极14和阴极15，这样构成成对的阳极14和阴极15。至少一个阳极14与脉冲发生器20的正极18导电地连接，且至少一个阴极16与脉冲发生器的负极19导电地连接。阴极15与阳极14之间的间距25为至少5mm,特别是至少7mm。如图I所示出的那样，在具体的实施变型中阳极14在反应室12内与外壳底4有间距地设置。为了实现这个间距，在外壳底4上，在用于流体9从反应室12中流出的排出口 13的区域内设置有一个圆顶形的顶盖21，该顶盖可以用作至少一个阳极14用的高度调整装置。特别地，该顶盖21又构造成旋转对称的、栓形的并且固定在外壳底4中的中心孔22中。但是所述顶盖21也可以具有其它的几何形状，例如棱柱状的，这样可以按照所述顶盖21的外周来设计所述孔22。另外还可能的是所述顶盖21并不伸入至外壳底4中，而是安放在这个外壳底上，例如与该外壳底粘接，或通过其它类型的连接技术与外壳底4相连接，诸如焊接。在本实施例中所述顶盖21设置有外螺纹23，该外螺纹与孔22的内螺纹24啮合。因此能够实现对所述顶盖21进行一定的高度调整，从而使阳极14与阴极15之间的间距25，也就是说在本实施变型中的阴极14沉入篮子状的阳极14内的深度是可调节的。除了顶盖21的这种可旋入性和可旋出性，还可以将该顶盖构造成在孔22中是可移动的并且由此同样实现所述间距25的可调节性。在纵向中间轴线10的延伸中，所述优选同样由绝缘的材料构成的顶盖21具有一个并非沿纵轴线10的方向贯通的开口 26，该开口沿流体9的流动方向(箭头27)设置在外壳底4中的开口 10之后。在外壳底4的区域内，在顶盖21中设置有至少一个径向孔28，通过该径向孔流体9可以从反应室12中流出。然而也可能的是出口 13不是构造在外壳底的中心，而是为偏·心的并且在顶盖21在外壳底中的容纳处的旁边，这样可以放弃所述径向孔28。然而最先提到的变型的优点在于能够延长流体9在反应室12内的停留时间，这一点在本发明中有利于流体9的稳流。另外还可以在顶盖21内高低错落地设置多个径向孔28。对此在一种实施变型中具有如下可能性外壳底4与顶盖21被一体地构造，其中，必要时能够通过外壳底4在外壳身3中的可旋入性实现高低可调整性且由此实现间距25的可调整性。阳极14也可以如此构造使其至少部分地围住顶盖21。向下，就是说向着外壳底4的方向，阳极14在该变型中可以通过一个相应的固定装置，例如螺母或环绕的连接板或类似的装置而固定在其高度位置中。在最简单的情况下阳极14可移除地放置在该固定装置上。而所述阳极当然可以与所述固定装置相连接。另外还存在如下的可能性阳极14虽然被构造成篮子状的，但是仅向外壳底4的方向延伸。在这种情况下阴极15具有平行于阳极14的底部延伸的延伸面，与图I中的该面的垂直定向相比，该阴极基本上也能够以其有效面而被仅仅水平地安装。在具体的实施变型中，阴极15同样被构造成筒状的。该阴极15同样被固定在外壳盖5的轴向孔29内，其中，该轴向孔29所具有的直径自然大于用于流体9的入口 11的直径。优选所述阴极15构造成可旋入轴向孔29的或者该阴极可以是可插入的。另一方面，当然可以将阴极15与外壳盖5不相对运动地(bewegungsfest)连接。为了能够使流体9进入反应室12，所述阴极15可以具有沿流体9的流动方向(箭头26)的、中心的、贯通的孔30，该孔与入口 11相连接。此处要说明的是如果在具体的说明中提到一个孔的话，当然具有如下的可能性，即，当被置入其中的物体具有其它的几何形状时，这些孔一般情况下是指具有相应匹配的横截面的空隙。但是阴极15还可以全部或部分地沿径向由外壳盖5所覆盖，从而在这种情况下有利的是如在图I中用虚线所示意的那样，在外壳盖5中设置有具有大于轴向孔29的直径的直径的相应的孔或者空隙，以由此在阴极15的区域内构造阴极室。外壳盖5还可以向着反应室12的方向覆盖阴极15。还能够在外壳盖5中偏心地构造至少一个入口 11，这样流体可以不流经阴极15且因此不流经轴向孔29。另外还可能的是阴极15在下侧的、指向容器底部4方向的端部区域内被构造成封闭的并为此为了流体9流出而进入反应室12而在该阴极15中设置至少一个径向孔。如已经提到的那样，可以在反应室12内设置多个单独的阳极14以及多个单独的阴极15，例如以电极板或者栅形的电极的形式，其中，这些电极在必要时可以构成束。一般情况下阳极14与阴极15可以沿流体9的流动方向一个接一个地或者并排地设置。
此外还可能的是外壳底4和/或外壳盖5不是设置在外壳身3的内孔中，而是与此相反地以插塞盖或螺旋盖5的方式被构造成从外侧搭接所述外壳身3。反应室12的大小是可变化的，特别是鉴于所希望的装置I的加热功率，该加热功率例如可以为5kW至40kW。此外，由此还能够影响反应室12自身内的流体9的流速。外壳底4和/或外壳盖5可以在它们的外端上具有接管状的突起部，以例如简化热发生器I与热循环或者类似装置的连接。为此外壳底4和外壳盖5的这些接管状的突起部可配备相应的螺纹。当然可以采用带有锁紧螺母或者类似部件的通常的螺纹连接，例如锥面螺纹管接头(Hollaenderverschraubung)，如其在加热领域众所周知的那样。此外，根据一种实施变型对此还可能的是顶盖21穿过外壳底4并且由此从外部，就是说从反应室12的外部是可操作的，以例如事后对阳极14与阴极15之间的间距25的水平进行修正或者以还能够实现从外部的可调节性。另外还可能的是阴极15如同阳极14那样也设置成高度可调整的，或者只有阴极15被构造成在其相对阳极14的位置中是可调节的。另外需要提一下可调整性当然也可以是马达驱动的，而不必只通过手动完成，为此所述顶盖21例如可以配置相应的驱动装置。该驱动装置可以构造成微电子的，因为只要在初次运行中阳极14与阴极15之间的正确的间距25已经被调节的话，通常情况下在装置I的运行中调整的绝对值不会太大，而可以仅仅理解为再校准。由此应该仅仅对在可能的情况下可能出现的热膨胀进行平衡，从而能够进一步提高或者优化装置I的效率。可以与装置I所期望的的功率相关地在下限为7mm且上限为IOcm的范围内或者在下限为IOmm且上限为5cm的范围内选择至少一个阳极14与至少一个阴极15之间的间距25，其中，这个范围内的能量输出惊人的大。通常情况下不论是阳极14还是阴极16都由金属材料构成。阳极14也可以以不同的方式，例如同样通过容器盖5固定在外壳中，这样能够放弃顶盖21并且由此使按照电极的反应室12的区域变大或者使外壳可以构造得更加紧凑。另外还具有如下的可能性阳极14支撑在外壳身3的指向纵向中间轴线10的方向的凸出部上。通过将流体9引导流过顶盖21，流体9的流动方向在输入口方面也被倒转。为此可以在阳极14贴靠在顶盖21上的区域内设置一个输出口，通过该输出口流体9被引入阳极14与阴极15之间的区域。在流经该区域之后流体9在容器盖5的区域内转向并且通过容器底中的至少一个偏心的流出口又从反应室12中流出。图2示出的是根据本发明的装置I的优选可能的应用。该装置设置在供暖设备31的环流回路中，例如集中供暖的或者加热体32的环流回路中。加热体32可以由任意的材料，特别是不锈钢、铜或者类似的材料构成。另外，装置I包括脉冲发生器20。当然根据需要可设置其它的装置，如至少一个泵33、至少一个膨胀箱34、必要的情况下一个气体吸收器35、过压保护装置、控制和测量装置等等，如其在集中供暖系统领域内的供暖技术方面众 所周知的那样。另外在这个供暖循环中当然还可以包含其它的调节单元37。脉冲发生器20可以设计成电子机械式的或电子式的。在电子机械式的实施方式中脉冲发生器包括电动机、电压脉冲发生器和泵，特别是液压泵，其中，脉冲发生器20的这些元件按照指定的顺序一个接一个地设置在一个共同的轴上。与电子机械式的脉冲发生器20不同，电子式的脉冲发生器20优选被设计成模块式的，其中，在第一供电模块中，例如在变压器中，由电网或其它的能量源诸如蓄电池等提供的电能在电流方面从接地的能量系统分离。对于交流供电的情况，必要时在例如具有传统的、现有技术中已知的整流元件的整流器模块中对提供的电能进行整流。与供电模块或者整流器模块导电连接有一个供应模块，通过该供应模块，连续的直流电压被转换为脉冲的直流电压。然后用该脉冲直流电压通过阳极14和阴极15使流体9在电极中间室中加载。为了进行调节和/或控制优选设置有调节模块和/或控制模块，其由单独的电容器、晶体管、至少一个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)构造而成并且例如在一种实施变型中可以实施为印刷电路板的形式。借助于所述调节模块和/或控制模块例如能够实现对电压脉冲的脉冲宽度、脉冲持续时间以及重复频率的调节和/或控制。在此作为调节标准可以考虑根据温度调节回路的温度，其中，所述温度调节回路从流体9的温度中，特别是从流体9在加热设备31中的额定温度中获得该温度调节回路的数据。在所述加热设备31中，如已知的那样，可以设置例如调温器作为温度测针。其它调节技术的输入值例如可以是化学参数和物理参数，例如流体9的pH值或压力或者用于流体9的化学填料一例如碱液一的浓度，或流体9的导电能力。由此不仅可调节电压脉冲的脉冲形状还可调节电压脉冲的振幅，其中还可以调整或者调节来自脉冲发生器20的电压脉冲的边坡的陡度(dU/dt)，特别是上升边坡和/或下降边坡。因此具有陡峭上升的和平坦的或者平缓下降的边坡的电压脉冲是可调节的，特别是矩形脉冲。如已经提到的那样，这种电子脉冲发生器20可以用直接来自供电公司的电网的原始能量，就是说电流，来供电。但是同样也可以通过中间电路从任意的电源中供应具有不同频率的不同的信号形式，并且为此在电子式的脉冲发生器20中应用现有技术中已知的晶体管等，以获得最终所期望的脉冲形状。为了避免脉冲发生器20过热，可以在该脉冲发生器中设置相应的冷却模块，例如冷却片的形式，例如由铝型材构成。装置I的作用原理可以概括如下脉冲发生器20与供应网，就是说电网相连接。由该脉冲发生器产生的电压脉冲通过阳极14和阴极15被传递给加热设备31的环流回路中的流体9并且在那里在流体9中产生所期望的热量。另外流体9用泵35保持流动，该泵一方面可以是电子机械式的脉冲发生器20的构件，或者在采用电子式的脉冲发生器的情况下可以实施为加热设备31的分开的构件。流体9优选在闭合的回路中被引导流过加热设备31的流动装置并且由此也流过装置1，特别是流过该装置的反应室12。
在此要说明的是可以使用其它的换热器代替加热体32，例如大面积的板式换热器、蛇形换热器等，在这些换热器中热量从初级的、由装置I加热的流体以已知的方式传递给次级流体，以加热例如房屋、工业设备等等。在此被证明是有利的是在流体9内掺入碱，从而使该流体具有碱性的pH值。在此，该PH值可以在下限为7. I且上限为12的范围内或者特别优选在下限为9且上限为11的范围内选出。为了实现碱性的PH值，原则上可以使用任何一种碱，但是特别优选氢氧化钠溶液、苛性钠溶液、氢氧化钙或碳酸钙。作为用于电压脉冲的脉冲频率，被证明是特别有利的频率选自上限为500Hz且下限为IOOHz的范围，特别是上限为300Hz且下限为150Hz的范围。电压脉冲的脉冲持续时间可以选自下限为10 μ s且上限为250 μ s的范围，特别是选自下限为40 μ s且上限为200 μ s的范围。
电压脉冲的脉冲振幅可以选自下限为330V且上限为1500V的范围，特别是选自下限为500V且上限为1200V的范围。电压脉冲之间的脉冲间歇时间可以选自下限为2μ s且上限为20μ s的范围，特别是选自下限为5μ s且上限为8μ s的范围。根据本发明设置如下脉冲发生器20构造为用于发出可变的电压脉冲。由此意味着，电压脉冲的脉冲频率和/或脉冲持续时间和/或脉冲间歇时间和/或振幅可以在时间的次序中改变，从而获得所发出的电压脉冲的不规则图形。为此在图3中示出按此意义的具有可变的电压脉冲设计结构的矩形电压脉冲的次序。用于电压和脉冲持续时间的参量为此由上述范围中选出。由于仅仅作为例子，所以在图表中并未给定具体的值。借此应仅示出电压脉冲的图形。同样也可能的是，在一组依次接连的电压脉冲中，电压不下降为零，而是在一个电压脉冲之后在下一个电压脉冲跟随之前保持在可预定的水平上。当然，根据图3的例子仅被视为各种电压脉冲图形的代表。电压脉冲的振幅、电压脉冲的持续时间以及脉冲间歇时间在此从上述范围中选出。为了实现这点，脉冲发生器20可以包括随机数发生器，或者也可以为此设置相应的软件技术方面的实施方式。如已经提到的那样，优选采用矩形电压脉冲。但在本发明的框架中也能够采用具有至少25V/y S的陡峭的上升边坡的电压脉冲。电压脉冲的脉冲频率也可以选自下限为20Hz，特别是800Hz，优选2530Hz，且上限为20kHz，特别是IlkHz的范围。电压脉冲的下降的边坡可以选择得与上升边坡同样地陡峭，但在此也可以选择至少15V/y s的其它的斜率，尽管这并非本发明优选的实施变型。此外还可以设置如下在反应室12内设置有至少两个另外的电极38、39，这些电极与能量源40导电连接。能量源40在合适的布局中也可以设置在脉冲发生器20内，其中，在这种实施变型中必须保障两个另外的电极38、39的能量供应与用于在阳极14与阴极15之间产生电压脉冲的电极的能量供应不发生相互之间的影响。当然在本发明的框架内还能够在反应室12内设置两个以上的另外的电极38、39，例如在按图I的实施变型中在阳极14的左边和右边并且沿纵向延伸10的方向延伸，其中在这种情况中另外的电极38、39可以分别成对地由能量源40提供电能。还能够将两个另外的电极45、46构造成筒套状的，这样例如能够将这两个另外的电极45、46设置为至少部分包围至少一个阳极14和至少一个阴极15。尽管并非优选，但是原则上也可以设置仅仅一个另外的电极45或46，其中，在这种情况中对应电极由至少一个阳极14或至少一个阴极15构成，该电极为了构造相应的电极对可以通过调节装置和/或控制装置交替转换。因此在后面的实施方式中也包含这种意义。特别地在此还能够将这三个电极阳极14、阴极15和另外的电极45或46相互同心地且至少部分地相互交错地(在直径不同的情况下)设置。另外在此还存在如下的可能性至少一个阴极15或至少一个阳极14具有至少两 个相互之间非导电连接的区域，分别是一个用于构造阳极14-阴极15电极对的区域和一个 用于与另外的电极45或46构造电极对的区域。另外的电极38、39可以由相同的材料或由彼此不同的材料构成。不管怎样，两个另外的电极38、39由金属或者金属合金构成。作为可能的金属考虑的是例如Pd、Pt、Ti、Rh、Au、Ag、Ni、Cu、Ir、Fe、V、Nb、Ta和它们的合金。然而在装置I的测试框架内证实具有Ni和/或Nb和/或Ta的总和在25重量百分比之内的银合金，特别是具有Ni和/或Nb和/或Ta的总和在15重量百分比之内的银合金，或者具有Rh和/或Ni和/或Ir的总和在20重量百分比之内，特别是总和在12重量百分比之内的钼合金在装置I的效率方面显示出优势，即显示出装置I更好的加热功率，如在下文中还将对此进行阐述的那样。另外在此还存在如下的可能性电极38、39中的至少一个具有由金属载体构成的用于上述金属或合金的载体芯，该载体芯由成本较低廉的金属或较低廉的合金，例如钢，构成，其中，特别用按照现有技术的方法将前述金属或者合金电沉积在这个载体芯上。如图I所示，优选两个另外的电极38、39中的至少一个设置在阳极14的区域内。若在此阳极14相对于阴极15的相对位置应被翻转，即从而在反应室12内阴极15设置在阳极14之外，则存在如下的可能性两个另外的电极38、39中的至少一个设置在阴极15的区域内。尽管这是本发明的优选的实施变型，但当然存在将所述至少两个另外的电极38、39设置在反应室12的其它的区域内的可能性，例如这些另外的电极38、39可以设置在图I中的阳极14的下方的构造所述阳极14与外壳底4之间的那个区域内。在此无论如何应该如下设置在两个电极38、39之间保持用于流体9的流动的自由区段，这样的话，两个电极38,39和置于它们之间的顶盖21的布局在本发明的框架内是不期望的。这两个电极38、39之间的间距41优选最大为反应室12的长度的10%，即反应室12沿纵向中间轴线10在外壳底4与外壳盖5之间的纵向延伸的10%，特别是至少为25%。反应室12在此由内部设置有至少一个阳极14和至少一个阴极15的区域构成。在此，间距41是这两个电极38、39之间的最小间距。在图I所示的实施变型中这个间距41是两个另外的电极38、39的两个端部区域之间的距离。如果两个另外的电极38、39在装置I内，即在反应室12内并排设置，即相互平行设置的话，那么所述间距41表示构造在电极38、39的两个相向的表面之间的那个距离。如在图I中所示出的那样，这两个另外的电极38、39优选构造为棒状的。在此，棒状的电极38、39的直径42具有的尺寸最大为至少一个阴极15的最小尺寸的30%。然而在本发明的框架内出于前述原因优选这个直径42具有的最大值为至少一个阴极15的最小尺寸的20%。尽管在本发明的框架内存在至少两个另外的电极38、39在反应室12中的多个不同的设置可能性，但是优选的是如在图I中所示出的那样，这两个另外的的电极38、39沿外壳的纵向延伸10的方向且彼此同轴地设置在外壳2内。另外，电极38、39并不是非要如在图I中所示出的那样强制性地竖立设置在反应室12内，而是也可以将这些电极水平地设置，即，定向为以所述电极的最大的纵向延伸至少几乎垂直于装置I的纵向中间轴线10。用于至少两个另外的电极38、39的能量源41优选为在现有技术中已知的稳压电源。如果引入交流电压作为初级能量源，该能量源41优选具有整流器。在本发明的一个特别优选的实施变型中，电极38、39在安装到装置的反应室12中·之前进行了表面活化处理。为此两个电极38、39在电解液中用振幅范围在5V至50V内的电压脉冲加载。电压脉冲的脉冲持续时间在此选自下限为1μ s且上限为10 μ s的范围。电流强度选自下限为2000Α且上限为8000Α的范围。在内部进行所述活化处理的电解液优选包含硅酸钠(Na2Si03)、至少一种碱液，特别是Κ0Η、蒸馏水或去离子水，以及必要的情况下Na2S03和/或K2S04。硅酸钠份额在此可以选自O. 05重量百分比至10重量百分比的范围，特别是O. I重量百分比至I重量百分比的范围。碱液份额可以选自O. 05重量百分比至5重量百分比的范围，特别是O. I重量百分比至5重量百分比的范围。如果电解液中不包含助剂的话，则水构成至100重量百分比的剩余部分，如在前述中指定的那样，其中助剂的份额总和被限制在10重量百分比内。通过这种活化处理改变了电极38、39的表面。为此在一种实施变型中存在在活化处理的同时实施在前述载体芯上沉积金属或合金的可能性。在根据本发明的装置的一种改进方案中，在流体9，特别是水中添加一种电解质。作为电解质在此可以使用可溶于水或者流体的导电盐，如这一点在现有技术中已知的那样。不过优选电解质除了水之外含有份额最大为5重量百分比的Κ0Η。如已经在前面阐述的那样，如果使用水作为流体9，优选可以给其中添加碱液或者碱，或至少一种电解质。由此水的传导能力通过离子的存在而得以提高，其中，所述离子也出自两个另外的电极38、39。在这种情况下被证明是有利的是如在图I中示意性示出的那样，在稳流段38中设置有至少一个激光器43，就是说激光器43的发射光的部件。特别地，激光器43的该发射光的部件又设置在外壳身3内，或者也可以将激光器43的该发射光的部件进一步向反应室12的纵向中间轴线10的方向转移，为此可以在外壳身3中设置相应的装置，例如插套等。另一方面可以用透明的材料制造外壳身3并从外部向反应室12内射入激光射线。优选激光器43是红色光激光器，其中，优选该激光器43发射的光的频率选自下限为300THz且上限为550THz的范围。为此根据一种实施变型，也可以为激光器43设置如下该激光器发射间歇性的光，为此该激光器43具有用于产生这种间歇性的光的相应的装置或者与该相应的装置相连接。在此，激光脉冲的脉冲持续时间可以选自下限为20 μ S，特别是33 μ S，且上限为100 μ S，特别是50 μ s的范围。在图4中示出的是用于两个电极38、39的材料选择对装置I的效率的影响。从本发明的意义上讲，效率是指吸收的能量与以加热功率形式输出的能量之比。在图4中柱44表示采用PtNi5作为电极材料，柱45表示采用Pt作为电极材料，柱46表不米用成份为AgNi5的合金作为电极材料，柱47表不米用Ni作为电极材料且48表示采用钢作为电极材料。如从图4的示图中可以看出的那样，优选采用的合金AgNi5作为电极材料具有的效率明显高于由其它所述材料构成的电极。虽然在此，在PtNi5作为电极材料(柱44)与AgNi5作为电极材料之间的效率差别看上去仅仅是微不足道的，然而这个差别一如既往地意味着通过采用电极材料AgNi5将装置I的效率提高了 3%至5%，这在装置I的经济性方·面，并且特别是在减轻环境污染方面具有优越性。图5示出的是两个电极38、39的表面活化处理对装置I的效率的影响。其中柱49示出采用非活化处理的AgNi5，柱50示出同样的电极，不过具有被活化处理的表面。如可以看出的那样，与具有相同成份而未经活化处理的表面的电极相比，表面通过前述的活化处理，效率得到明显上升。图6示出可变的电压脉冲按本发明的意义供应到流体9中对装置I的效率的影响的原理图，其中，在此又放弃示出具体的值，因为仅应示出两种变型的相对比较。在这两种变型中，除了电压脉冲外所有其它的参量都相同。在此，变化曲线51示出在保持恒定的电压图形下在效率在时间上的变化曲线，变化曲线52示出具有可变的电压脉冲图形的装置I的效率的变化曲线，如这一点例如在图3中所示出的那样或如前面所描述的那样。由图6清晰可见，通过将可变的电压脉冲供应到反应室12实现了更高的效率并且因此能够提高装置I的经济性。另外可以观察到，如这一点也由变化曲线52所示的那样，效率中的波动明显小于变化曲线51在效率中的波动。根据现有技术，供暖设备31在初级环流中可以以例如2bar至4bar之间的压力运转。但是也能够实现在流体9的温度接近流体9的沸点的情况下使供暖设备31在初级环流中无压运行。尽管在多处已经指出，根据本发明的供暖设备31或者装置I用于房屋供暖，一般来讲这些装置可以用于产生热量，而与该热量最终用于何种目的无关。为此为了在必要时提高加热功率，可以将多个装置I在供暖设备31中一个接一个地连接起来，即串接起来。附图标记表I装置27箭头2外壳28径向孔3外壳身29轴向孔4外壳底30孔5外壳盖31供暖设备6螺纹32加热体7端部区域33泵8端部区域34膨胀箱
9流体35气体吸收器10纵向中间轴线36测量装置11入口37调节装置12反应室38电极13 出口39 电极14阳极40能量源 15阴极41间距16端部区域42直径17穿孔43激光器18 正极44 柱19 负极45 柱20脉冲发生器46柱21 顶盖47 柱22 孔48 柱23外螺纹49柱24内螺纹50柱25间距51变化曲线26开口52变化曲线
权利要求
1.用于加热流体(9)的装置(1)，其具有外壳(2)，该外壳包括外壳身(3)、外壳底(4)和外壳盖(5);该装置还具有用于所述流体(9)的至少一个入口(11)和至少一个出口(13)，其中在所述外壳(2)中彼此有间距(25)地设置至少两个电极，特别是至少一个阳极(14)和至少一个阴极(15)，这些电极与至少一个脉冲发生器(20)的各一个极导电地连接，其特征在于所述脉冲发生器(20)构造为用于发出可变的电压脉冲。
2.如权利要求I所述的装置(1)，其特征在于所述脉冲发生器(20)生成这样的电压脉冲，该电压脉冲的振幅选自下限为300V且上限为1500V的范围。
3.如权利要求I或2所述的装置(1)，其特征在于所述脉冲发生器(20)包括随机数发生器。
4.如权利要求I至3之任一项所述的装置(1)，其特征在于所述脉冲发生器(20)生成这样的电压脉冲，该电压脉冲具有至少25V/y s的陡峭的上升边坡。
5.如权利要求I至4之任一项所述的装置(1)，其特征在于所述脉冲发生器(20)生成矩形的电压脉冲。
6.如权利要求I至5之任一项所述的装置(1)，其特征在于所述脉冲发生器(20)以这样的脉冲频率发出电压脉冲，该脉冲频率选自下限为20Hz且上限为20kHz的范围。
7.如权利要求I至6之任一项所述的装置(1)，其特征在于所述脉冲发生器(20)发出具有这样脉冲持续时间的电压脉冲，该脉冲持续时间选自下限为2ns且上限为10μ s的范围。
8.如权利要求I至7之任一项所述的装置(1)，其特征在于所述脉冲发生器(20)生成具有这样脉冲间歇时间的电压脉冲，该脉冲间歇时间选自下限为2 μ s且上限为20 μ s的范围。
9.如权利要求8所述的装置(1)，其特征在于所述脉冲发生器(20)构造为用于生成可变的脉冲间歇时间。
10.如权利要求I至9之任一项所述的装置(I)，其特征在于在反应室(12)内设置有另外的电极(38或39 )，优选至少两个另外的电极(38、39 )，所述另外的电极与能量源(40 )导电地连接。
11.如权利要求10所述的装置(1)，其特征在于所述另外的电极(38或39)或所述两个另外的电极(38、39)由以下材料构成，该材料选自包括Pd、Pt、Ti、Rh、Au、Ag、Ni、Cu、Ir、Fe、V、Nb、Ta和它们的合金的组。
12.如权利要求10或11所述的装置(1)，其特征在于所述另外的电极(38或39)或所述两个另外的电极(38、39)中的至少一个电极设置在所述阳极(14)或所述阴极(15)的区域内。
13.如权利要求10至12之任一项所述的装置(I)，其特征在于所述至少两个另外的电极(38、39)之间的间距(41)是由所述外壳(2)所限定的反应室(12)的长度的至少10%。
14.如权利要求10至13之任一项所述的装置(I)，其特征在于所述另外的电极(38或39)或所述至少两个另外的电极(38、39)构造为棒状的，其直径(42)最大为所述至少一个阴极的最小尺寸的30%。
15.如权利要求10至14之任一项所述的装置(1)，其特征在于用于所述另外的电极(38或39)或所述至少两个另外的电极(38、39)的所述能量源(40)是稳压电源。
16.如权利要求10至15之任一项所述的装置(I)，其特征在于在电流强度选自下限为2000A且上限为8000A的范围的情况下，所述另外的电极(38或39)或所述至少两个另外的电极(38、39)在电解液中用如下电压脉冲来进行活化处理，该电压脉冲具有选自5V至50V (直流电)范围的振幅和选自I μ s至10 μ s范围的脉冲持续时间。
17.如权利要求I至16之任一项所述的装置(I)，其特征在于在所述外壳(2)内包含有带电解质的水。
18.如权利要求17所述的装置(I)，其特征在于所述电解质包含有硅酸钠(Na2Si03)、至少一种碱液，特别是KOH、蒸馏水或去离子水，以及必要时Na2SO3和/或K2S04。
19.如权利要求10至18之任一项所述的装置(I)，其特征在于所述至少两个另外的电极(38、39)沿所述外壳(2)的纵向延伸(10)的方向并彼此同轴地设置在所述外壳(2)内。
20.如权利要求I至19之任一项所述的装置(1)，其特征在于所述电极中的至少一个电极、特别是阳极(14)构造成篮子状的。
21.如权利要求20所述的装置(1)，其特征在于所述至少一个电极至少部分地设置在篮子状的所述电极内部，特别是所述至少一个阴极(15)至少部分地设置在篮子状的阳极(14)的内部。
22.如权利要求I至21之任一项所述的装置(1)，其特征在于所述电极之间的间距(25)、特别是阴极(15)与阳极(14)之间的间距为至少5mm。
23.如权利要求I至22之任一项所述的装置(I)，其特征在于所述外壳身(3)构造为筒状的。
24.如权利要求I至23之任一项所述的装置(1)，其特征在于所述电极中的至少一个电极相对另外的电极，特别是阳极(14 )相对阴极(15 )和/或阴极(15 )相对阳极(14 ),在所述外壳(2)内可调整地设置。
25.如权利要求I至24之任一项所述的装置(I)，其特征在于在所述反应室(12)中设置有至少一个激光器(43 )。
26.如权利要求25所述的装置(1)，其特征在于所述激光器(43)发射选自下限为300THz且上限为550THz的范围的频率的光。
27.如权利要求25或26所述的装置(1)，其特征在于所述激光器(43)与用于生成间歇性的光的装置相连接。
28.如权利要求27所述的装置(1)，其特征在于所述激光器(43)发出光脉冲，其中，脉冲持续时间选自下限为20 μ s且上限为100 μ s的范围。
29.如权利要求I至28之任一项所述的装置(I)，其特征在于所述脉冲发生器(20)具有调节和/或控制模块或与调节和/或控制装置连接。
30.供暖设备(31)，包括至少一个用于第一流体(9)的输送装置；至少一个用于加热所述流体(9)的装置(I);至少一个换热器，在该换热器中将所生成的热量从所述第一流体(9)传递给其它的流体，其特征在于所述至少一个用于加热流体(9)的装置(I)按照前述权利要求之任一项构成。
31.如权利要求30所述的供暖设备(31)，其特征在于所述换热器构造为加热体(32)。
32.如权利要求I至29之任一项所述的用于加热流体(9)的装置(I)在为房屋供暖中的应用 。
全文摘要
本发明涉及一种用于加热流体(9)的装置(1)，其具有外壳(2)，该外壳包括外壳身(3)、外壳底(4)和外壳盖(5)；该装置还具有用于所述流体(9)的至少一个入口(11)和至少一个出口(13)，其中，在所述外壳(2)中彼此有间距(25)地设置至少两个电极，这些电极与至少一个脉冲发生器(20)的各一个极导电地连接。所述脉冲发生器(20)构造为用于发出可变的电压脉冲。
文档编号F24H1/10GK102959340SQ201180011369
公开日2013年3月6日 申请日期2011年1月11日 优先权日2010年1月11日
发明者约翰·维德尔罗伊特尔 申请人:约翰·维德尔罗伊特尔