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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verwerten gespeicherter Wärme an über 1000 C zu erwärmenden Stellen, bei welchen die Wärme in einem allseitig wärmeisolierten Körper gespeichert und durch ein strömende Mittel den die Wärme verwertenden Stellen zugeführt wird.
Der Zweck der Erfindung ist insbesondere darin gelegen, einen Kochherd zu schaffen, welcher mit billigem Nachtstrom beheizt und bei welchem die Nutzbarmachung der Wärme an mehreren Ver- braueherstellen, wie Kochplatten, Röhre u. dgl., unabhängig vom Ladevorgang erfolgt. Die einzelnen Verbraucher sind unabhängig voneinander abschaltbar oder mit regelbaren Temperaturen unabhängig voneinander beheizbar.
Es sind Vorrichtungen zum Verwerten gespeicherter Wärme bekannt, bei welchen die Wärme aus dem Speicher zu den Wärmeverbrauchern durch ein strömende Mittel übertragen wird, welches seinen Aggregatzustand im Betrieb ändert. Man hat vorgeschlagen, im Speicher Verdampferrohre vorzusehen, in welchen die Flüssigkeit verdampft, in Dampfform zu den Wärmeverbrauchern aufsteigt, dort unter Kondensation seine Wärme abgibt, wonach das Kondensat in den Speicher zurückfliesst. Bei dieser Art von Kochherden ist ein ökonomischer Betrieb nicht möglich, weil sich der Speicher während und nach dem Aufheizen durch die Dampfbildung selbsttätig entladet. Diese Entladung ist unvermeidlich, weil die Leitungen stets mit kondensierbaren Dämpfen gefüllt sind, welche ihre Kondensationswärme an die Verbraucherstellen dauernd abgeben.
Ausserdem setzt der Betrieb mit Wasserdampf hohe Drücke in der Kreisleitung voraus, welcher Umstand die Vorrichtung für Haushaltungszweeke ungeeignet macht. Die Regelung der den einzelnen Verbraucherstellen zugeführten Wärmemenge ist daher nur im beschränkten Umfange durchführbar, weil der dauernd vorhandene Entladestrom nicht unterbrochen werden kann.
Es sind bereits Koch-und Backvorrichtungen bekannt, die mit einem flüssigen Wärmeträger arbeiten. Bei diesen hat man aber keinen Wärmespeicher vorgesehen, sondern die Flüssigkeit unmittelbar beheizt und diese in einem Behälter angeordnet, in dessen oberen Teil die Wärmeverbraucher von der Flüssigkeit ständig bespült werden. Eine von der Anheizzeit unabhängige Verwertung bzw. die Regelung der Wärme ist also hienach unmöglich.
Man hat auch vorgeschlagen, die ohne Speicher unmittelbar beheizte Flüssigkeit durch Pumpen oder Druckluft zu den die Wärme verwertenden Stellen zuzuführen. Abgesehen davon, dass hier die Möglichkeit der Verwertung des billigen Nachtstromes praktisch ebenfalls nicht besteht, bedingt der mechanische Antrieb der Flüssigkeit umfangreiche und teure Vorrichtungen, die die Investitionskosten wesentlich erhöhen.
Die Nachteile der bekannten Vorrichtungen werden im Sinne der Erfindung dadurch behoben, dass man die Wärme aus einem allseitig gegen Wärmeverlust isolierten Speicher den die Wärme verwerten-
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Um die Kreisleitung der die Wärme tragenden Flüssigkeit nach aussen hin metallisch vollständig abschliessen zu können, was mit RÜcksicht auf die giftigen Eigenschaften oder den üblen Geruch der Flüssigkeit geboten erscheint, wird im Sinne der Erfindung der Flüssigkeitsstrom ventillos geregelt. Zu diesem Zweck sind in jeder Kreisleitung zwei miteinander im oberen Teil über einen Überfall kommunizierende Rohre vorgesehen, deren Flüssigkeitssäulen im unteren Teil miteinander zusammenhängen, wobei das Flüssigkeitsniveau im Steigrohr zwecks Regelns bzw. Abstellens des Flüssigkeitumlaufes dadurch gehoben bzw. gesenkt wird, dass man der Kreisleitung aus einem mit ihr kommunizierenden Gefäss Flüssigkeit zuführt oder ihr Flüssigkeit entzieht.
Dies kann durch Heben oder Senken des Gefässes oder dadurch erfolgen, dass man das Gefäss zum Teil mit einem Gas füllt und dieses Gas nach Bedarf erhitzt oder abkühlt, wobei eine Druck-bzw. Saugwirkung auf die Flüssigkeit ausgeübt wird. Man kann im Gefäss auch eine leicht verdampfbare Flüssigkeit zum gleichen Zweck anwenden.
Man hat für Heizanlagen Quecksilber als Wärmeträger bereits vorgeschlagen. Die Anwendung des Quecksilbers ergibt aber bei elektrischen Speicherherden besondere Vorteile. Zunächst sichert die niedrige Wärmeleitzahl des Quecksilbers die gute Wärmeisolation des Speichers dadurch, dass bei abgestelltem Kreislauf die in den an den Speicher angeschlossenen Rohrleitungen stagnierenden Queck-
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Als Speicherstoffe werden zweckmässig keramische oder metallische Stoffe angewendet und mit besonderem Vorteil Stoffe, die innerhalb der Temperaturschwankungen des Speichers ihren Aggregat- zustand ändern und dadurch oder durch umkehrbare chemische Reaktionen Wärme aufnehmen und abgeben können. Als solche eignen sich insbesondere Kali-oder Natronsalpeter.
Die Vorrichtung nach der Erfindung ist in drei beispielsweisen Ausführungsformen in den Zeich- nungen dargestellt. Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Schnitt durch einen elektrisch geheizten Backofen.
Die Fig. 3 veranschaulicht die Parallelschaltung und Regulierung mehrerer Wärmeabnehmer mit einem gemeinsamen Wärmespeicher und selbsttätiger Temperaturregelung durch Flüssigkeitskonvektion.
Der beispielsweise an elektrische Leitungen 2 und J angeschlossene Wärmespeicher 7 kann aus metallischem oder keramischem Baustoff hergestellt und auch als Behälter für einen Speicherstoff aus-
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Die Vorrichtung arbeitet wie folgt : Durch das Anheizen des Wärmespeicher 1 entsteht in dem aufsteigenden Ast des Steigrohres 8 und im Fallrohr 5 der Heizleitung ein Temperaturunterschied, in- folgedessen in der Vermittlerflüssigkeit der Heizleitung eine Thermosiphonwirkung. Das Mass dieser kommt in einem entsprechenden Höhenunterschied A der Flüssigkeitsspiegel zwischen dem aufsteigenden
Ast des Steigrohres 8 und dem abfallenden Ast 5 des Überfallrohres 10 zum Ausdruck. Wenn nun das
Niveaugefäss 12 gesenkt wird, so werden sieh gleichzeitig auch die Flüssigkeitsspiegel in den beiden Ästen 8 und 5 senken.
Hiedurch wird der Fliissigkeitsstrom zwischen dem Steigrohr 8 und dem Fallrohr 5 bzw. 15 gänzlich unterbrochen, wogegen bei entsprechender Hebung des Niveaugefässes 12 auch der FlÜssig- keitsspiegel in den Ästen sieh hebt und die Verbindung zwischen 8, 5 und 9 wiederherstellt. Durch die
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Die Anordnung nach Fig. 2 weicht gegenüber jener nach Fig. 1 insofern ab, als der Scheitelpunkt des Überfallrohres 10 mit einem Expansionsgefäss 17 verbunden ist. Dieses enthält ein indifferentes
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Gas unter Überdruck. Der tiefste Punkt 18 des Fallrohres 15 ist durch eine Abzweigung 19 mit einem luftdicht verschlossenen, höher liegenden Gefäss 20 verbunden. Dieses ist nicht wärmeisoliert, kann sich also an der freien Luft abkühlen, wogegen alle übrigen Teile der Heizleitung in die wärmeisolierende Masse 16 eingebettet sind. Das Gefäss 20 ist mit einer elektrischen Heizspirale 21 und mit Kühlrippen 22 versehen. Die Heizspirale 21 liegt in Reihe mit dem Temperaturrelais 2. 3, welches im Backraum angeordnet ist.
Die Heizleitung der Vorrichtung ist mit der Abzweigung 19 bis zur Höhe n-n des Überfallrohres 10, das Gefäss 20 bis zur Mündung des Ansatzes 24 mit Quecksilber gefüllt. Über dem Quecksilberspiegel des Gefässes 20 befindet sich eine kleine Menge von Wasser od. dgl., die im Vergleich zum Expansionsgefäss 17 so klein ist, dass selbst bei restloser Verdampfung, z. B. des Wassers, kein unzulässig hoher Druck im Inneren der Heizleitung und im Gasraum des Expansionsgefässes 17 entstehen kann.
Die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 2 ist folgende : Wird der Wärmespeicher angeheizt, so steigt das Quecksilber im Überfallrohr 10 vorerst nur bis zur Höhe n-n, ohne den Scheitelpunkt des Überfallrohres 10 zu erreichen und ohne die Wärmeübertragung einzuleiten. Wird jedoch der Hilfsstromkreis der Heizspirale 21 durch den Schalter 25 geschlossen, so wird infolge der Erwärmung des Gefässes 20 über 1000 C der Wasserdampf druck so weit gesteigert, dass dieser die Quecksilberladung des Gefässes 20 über die Leitung 19 in die Heizleitung hineindrückt.
Hiedurch steigen gleichzeitig die Queeksüberspiegel im Heizrohr 8 und Fallrohr 5. bobald der Quecksuberspiegel im überfallrohr J den Scheitelpunkt erreicht, setzt eine mit der Überfallhöhe im U-förmigen Rohr zunehmende Strömung des Quecksilbers in der Heizleitung ein.
Ist die gewünschte Temperatur im Backraum 14 erreicht, so wird der Hilfsstrom der Heizspirale 21 durch das Relais 2-3 unterbrochen, wodurch eine durch die Wärmeabfuhr der Kühlrippen 22 begünstigte Verflüssigung des im Gefäss 20 befindlichen Wasserdampfes und hiedurch vorerst eine Senkung des Quecksilberspiegels in dem Steigrohr 8 eintritt, folglich eine gedrosselte Flüssigkeitsströmung und schliesslich eine gänzliche Unterbrechung des Queeksilberstromes in der Heizleitung veranlasst wird.
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wärmespeicher 40 gespeist werden.
Sämtliche Heizkörper 91, 92, 93 zweigen von der gemeinsamen Steigleitung 80 durch dazwischengeschaltete Überfallrohre 101, 102, j ? 6. 3 ab und sind durch Fallrohre 151, 152, 153 an die gemeinsame Rückleitung 15 angeschlossen. Jedes Überfallrohr 101, 102, 108 hat an seinem Scheitelpunkt je eine Abzweigung, die mit je einem höher liegenden, luftdicht verschlossenen und mit einem indifferenten Gas gefüllten Gefäss 171, 172, 11.'3 verbunden sind. Jedes dieser ist mit einer separat einschaltbaren elektrischen Heizspirale 201, 202, 20. 3 versehen. Die Rückleitung 15 kann mit einer Abzweigung 26 an einen Gasbehälter 27 angeschlossen sein. Dieser kann entweder starr und anheizbar oder auch elastisch deformierbar ausgeführt sein.
Die Wirkungsweise der Anlage nach Fig. 3 ist folgende :
In den für sich getrennt verschlossenen Gefässen 171, 172, 17. 3 ist der gleiche Gasdruck. Sind die Temperaturen der Gefässe 171-17. 3 die gleichen, so herrscht im Gasraum eines jeden Überfallrohres 101-je.03 der gleiche Gasdruck, und infolgedessen wird sich das Quecksilber in jedem Überfallrohr in der gleichen Höhe einstellen. Falls alle Gefässe 171-178 gleichmässig angeheizt werden, wird
Quecksilber unter gleichmässiger Senkung der Spiegel in den Rohrleitungen 101-103 und 151-153 in den Behälter 27 abgedrückt.
Wird dagegen eines der Gefässe durch Unterbrechung seiner Heizung abgekühlt, so wird infolge des abfallenden Gasdruckes der Quecksilberspiegel im angeschlossenen Überfallrohr steigen und in dem betreffenden Kreis sich eine Wärmeübertragung einstellen. Wird lediglich der Behälter 27 angeheizt, so werden sämtliche Kreise 91-98 eingeschaltet. Wird auf die gleichzeitige Einschaltung aller Kreise 91-93 verzichtet, so kann die Abzweigung 26, 27 wegfallen. Die Auslösung des betreffenden Kreislaufes kann auch durch entsprechende Abkühlung des zugeordneten Expansionsraumes erfolgen.
An Stelle der beschriebenen Regelung der Strömung der Vermittlerfliissigkeit mittels Überfalles können zum gleichen Zwecke auch Drosselorgane od. dgl. Anwendung finden.
Das Leitungssystem der Vermittlerflüssigkeit soll zweckmässig ohne Fugen, Stossstellen, Dichtungstellen od. dgl. ausgebildet sein.
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The invention relates to a device for utilizing stored heat at points to be heated above 1000 C, in which the heat is stored in a body which is thermally insulated on all sides and is fed to the locations utilizing the heat by a flowing medium.
The purpose of the invention is in particular to create a cooker which heats with cheap night electricity and in which the utilization of the heat at several consumer manufacturers, such as hotplates, tubes and the like. Like., Takes place regardless of the charging process. The individual consumers can be switched off independently of one another or heated independently of one another with adjustable temperatures.
Devices for utilizing stored heat are known in which the heat is transferred from the store to the heat consumers by a flowing medium which changes its physical state during operation. It has been proposed to provide evaporator tubes in the store, in which the liquid evaporates, rises in vapor form to the heat consumers, releases its heat there with condensation, after which the condensate flows back into the store. With this type of cooker, economical operation is not possible because the storage tank is automatically discharged during and after heating up due to the formation of steam. This discharge is unavoidable because the lines are always filled with condensable vapors, which continuously release their heat of condensation to the consumer points.
In addition, operation with steam requires high pressures in the circuit line, which makes the device unsuitable for household purposes. The regulation of the amount of heat supplied to the individual consumer points can therefore only be carried out to a limited extent, because the continuously present discharge current cannot be interrupted.
There are already known cooking and baking devices which work with a liquid heat transfer medium. In these, however, no heat accumulator has been provided, but the liquid is heated directly and placed in a container, in the upper part of which the heat consumers are constantly rinsed by the liquid. A utilization or regulation of the heat independent of the heating-up time is therefore impossible afterwards.
It has also been proposed that the liquid, which is heated directly without a storage device, be fed to the points utilizing the heat by pumps or compressed air. Apart from the fact that there is practically no possibility of utilizing the cheap night-time electricity either, the mechanical drive of the liquid requires extensive and expensive devices that significantly increase the investment costs.
The disadvantages of the known devices are remedied in the sense of the invention that the heat is recovered from a storage tank that is insulated on all sides against heat loss.
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In order to be able to completely shut off the circuit line of the heat-carrying liquid to the outside with metal, which appears necessary with regard to the toxic properties or the bad smell of the liquid, the liquid flow is regulated without valves in the sense of the invention. For this purpose, two pipes communicating with one another in the upper part via an overflow are provided in each circular line, the liquid columns of which are connected to one another in the lower part, the liquid level in the riser pipe being raised or lowered for the purpose of regulating or shutting off the liquid circulation by opening the circuit line supplies or withdraws liquid from a vessel communicating with it.
This can be done by raising or lowering the vessel or by partially filling the vessel with a gas and heating or cooling this gas as required. Suction is exerted on the liquid. An easily evaporable liquid can also be used in the vessel for the same purpose.
Mercury has already been proposed as a heat carrier for heating systems. The use of mercury, however, has particular advantages in electrical storage stoves. First of all, the low coefficient of thermal conductivity of the mercury ensures that the storage tank is well insulated because, when the circuit is switched off, the mercury stagnating in the pipes connected to the storage tank
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Ceramic or metallic substances are expediently used as storage materials and, with particular advantage, substances which change their state of aggregation within the temperature fluctuations of the storage unit and can absorb and release heat as a result or through reversible chemical reactions. Potash or sodium nitrate is particularly suitable as such.
The device according to the invention is shown in three exemplary embodiments in the drawings. 1 and 2 show a section through an electrically heated oven.
Fig. 3 illustrates the parallel connection and regulation of several heat consumers with a common heat store and automatic temperature control by liquid convection.
The heat accumulator 7, which is connected to electrical lines 2 and J, for example, can be made of metallic or ceramic building material and can also be used as a container for a storage material.
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The device works as follows: By heating up the heat accumulator 1, a temperature difference arises in the ascending branch of the riser pipe 8 and in the downpipe 5 of the heating line, as a result of which a thermosiphon effect is created in the intermediary fluid of the heating line. The measure of this comes in a corresponding height difference A of the liquid level between the ascending one
Branch of the riser pipe 8 and the sloping branch 5 of the overflow pipe 10 for expression. If now that
Level vessel 12 is lowered, so see also the liquid level in the two branches 8 and 5 lower.
As a result, the flow of liquid between the riser pipe 8 and the downpipe 5 or 15 is completely interrupted, whereas when the level vessel 12 is raised, the liquid level in the branches rises and the connection between 8, 5 and 9 is restored. Through the
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The arrangement according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 in that the apex of the overflow pipe 10 is connected to an expansion vessel 17. This contains an indifferent one
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Gas under pressure. The lowest point 18 of the downpipe 15 is connected by a branch 19 to an airtight, higher-lying vessel 20. This is not heat-insulated, so it can cool down in the open air, whereas all other parts of the heating cable are embedded in the heat-insulating compound 16. The vessel 20 is provided with an electrical heating coil 21 and with cooling fins 22. The heating coil 21 is in series with the temperature relay 2. 3, which is arranged in the baking chamber.
The heating line of the device is filled with the junction 19 up to the level n-n of the overflow pipe 10, the vessel 20 up to the mouth of the extension 24 with mercury. Above the mercury level of the vessel 20 is a small amount of water or the like. Compared to the expansion vessel 17, it is so small that even with complete evaporation, e.g. B. the water, no unacceptably high pressure inside the heating line and in the gas space of the expansion vessel 17 can arise.
The mode of operation of the arrangement according to FIG. 2 is as follows: If the heat accumulator is heated, the mercury in the overflow pipe 10 initially only rises to the height n-n without reaching the apex of the overflow pipe 10 and without initiating the heat transfer. However, if the auxiliary circuit of the heating coil 21 is closed by the switch 25, the water vapor pressure is increased so much as a result of the heating of the vessel 20 above 1000 C that it pushes the mercury charge of the vessel 20 via the line 19 into the heating line.
As a result, the queek levels rise at the same time in the heating pipe 8 and downpipe 5. As soon as the mercury level in the overflow pipe J reaches the apex, the mercury flow in the heating line increases with the overflow height in the U-shaped pipe.
Once the desired temperature has been reached in the baking chamber 14, the auxiliary flow of the heating coil 21 is interrupted by the relay 2-3, whereby a liquefaction of the water vapor in the vessel 20 promoted by the heat dissipation of the cooling fins 22 and thus initially a lowering of the mercury level in the riser pipe 8 occurs, consequently a throttled liquid flow and finally a complete interruption of the queek silver flow in the heating line.
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heat storage 40 are fed.
All of the radiators 91, 92, 93 branch off the common riser 80 through overflow pipes 101, 102, j? 6. 3 and are connected to the common return line 15 by downpipes 151, 152, 153. Each overflow pipe 101, 102, 108 has a branch at its apex, each of which is connected to a higher-lying, airtight vessel 171, 172, 11'3 filled with an inert gas. Each of these is provided with an electrical heating coil 201, 202, 20, 3 which can be switched on separately. The return line 15 can be connected to a gas container 27 with a branch 26. This can either be rigid and heatable or also elastically deformable.
The operation of the system according to Fig. 3 is as follows:
In the separately closed vessels 171, 172, 17.3, the gas pressure is the same. Are the temperatures of the vessels 171-17. 3 are the same, so there is the same gas pressure in the gas space of each downpipe 101-je.03, and as a result the mercury in each downpipe will be at the same level. If all vessels 171-178 are heated evenly, will
Mercury is pressed into container 27 while the levels in pipes 101-103 and 151-153 are evenly lowered.
If, on the other hand, one of the vessels is cooled by interrupting its heating, the mercury level in the connected overflow pipe will rise as a result of the falling gas pressure and heat transfer will take place in the circuit concerned. If only the container 27 is heated up, all circuits 91-98 are switched on. If the simultaneous connection of all circuits 91-93 is dispensed with, then the branch 26, 27 can be omitted. The circuit in question can also be triggered by appropriate cooling of the associated expansion space.
In place of the described regulation of the flow of the intermediary liquid by means of an overflow, throttling devices or the like can also be used for the same purpose.
The line system of the intermediary fluid should expediently be designed without joints, joints, sealing points or the like.
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