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Elektrischer Hochleistungsheizofen
Bekannt sind elektrisch geheizte Zimmer- heizöfen, bei welchen aus Gründen der Hygiene der Heizkörper innerhalb eines bis auf Druckausgleichsöffnungen vollkommen geschlossenen Mantels angeordnet ist. Durch Einbau von Zügen, in Form von senkrechten, den Heizkörper umgebenden Luftführungswänden, wird die im Betriebe entstehende innere Luftzirkulation begünstigt.
Diese Öfen geben die während der Einschaltedauer im Heizkörper umgesetzte elektrische Energie als Wärme unmittelbar ab.
Bekannt sind weiters elektrische Speicheröfen, bei welchen der Speicherblock innerhalb eines allseits geschlossenen Ofenmantels von verschieden guter Wärmedurchlässigkeit angeordnet, von einer Isolierhaube umgeben ist, in deren Decke sich eine von oben betätigte Regelklappe zur Durchlüftung des zwischen Speicherblock und Isolierhaube bestehenden Luftraums befindet.
Diese Öfen können erst nach Aufheizung des ganzen Speicherblockes Wärme abgeben.
Bekannt sind ferner elektrische Speicheröfen, bei welchen der Speicherblock innerhalb eines allseits geschlossenen Ofenmantels angeordnet von einer Isolierhaube umgeben ist, wobei der Heizkörper im unteren Teile eines lotrechten, im Mittel des Speicherblockes liegenden, mit dem zwischen Speicherblock und Isolierhaube befindlichen Luftraume in Verbindung stehenden Kanales eingebaut ist. Durch einen über dem Kanale angeordneten, im Aussenmantel gelagerten, in vertikaler Richtung einstellbaren Schieber kann durch entsprechende Einstellung der Aussenmantel mittels Luftumlauf direkt durch den Heizkörper beheizt werden oder mittels Luftumlauf vom Speicherblock erwärmt werden bzw. ist auch ein gemischter Betrieb möglich.
Der Speicherblock wird bei entsprechender Schieberstellung vom Heizkörper zum grössten Teil ebenfalls durch Luftumlauf angeheizt.
Tatsächlich wird auch bei gewollter rascher Wärmeabgabe des Ofens bei direkter Heizung aus dem kalten Zustande her vorerst ein ungewollter innerer Luftumlauf um den Speicherblock solange erfolgen, bis sämtliche innerhalb der Isolierhaube befindlichen Flächen und Wände, auf eine entsprechende Übertemperatur, bezogen auf den Ofenmantel, angeheizt sind.
Durch die Konstruktion und die Wahl des
Speichermaterials gegeben, ist dieser Ofen sehr umfangreich (D. R. P. Nr. 252174).
Der unerwünscht grosse Raumbedarf der bekannten Speicheröfen veranlasste das Forschungs- institut für Elektrowärmetechnik an der techn.
Hochschule in Hannover zu Untersuchungen günstiger Speicherstoffe und wurde der Eisenblock-Speicherofen mit grosser Regelfähigkeit entwickelt. (Prof. G. Dettmar, Hannover, D. R. P.
Nr. 561551, Elektrowärme 1934, S. 176.)
Leider ist bei diesen Öfen das Gewicht sehr gross.
Bei einer Erwärmung von 1 dm3 Gusseisen auf die materialmässig begrenzte Höchsttemperatur von zirka 500 C werden bei einem Gewicht von zirka 7 8 kg ungefähr 530 WE oder 0-62 Kwh gespeichert. Dieses Ergebnis dürfte nach den angestellten Untersuchungen einen sehr günstigen Stand der Entwicklung auf diesem Gebiete darstellen in bezug auf Raumbedarf.
Ein neuer Weg wäre gewiesen bei Verwendung von keramischen feuerfesten Edelmaterialien bei gleichzeitiger Steigerung der Anheiztemperatur.
Die sich dabei ergebenden wesentlich geringeren Gewichte rechtfertigen und ermöglichen die Verwendung wertvollen Materials.
Ein Vergleich zeigt, dass z. B. bei Erwärmung von 1 dm3 Sil1imanit auf zirka 940 C (einer bei entsprechender Konstruktion des Ofens noch erreichbaren Temperatur) mit einem Gewicht von nur 2-4 kg die gleiche Wärmemenge von 530 WE gespeichert werden kann. Günstig ist bei diesem Material weiters die grosse Tem- peratur-Wechselbeständigkeit und die Möglichkeit der Herstellung beliebiger Formsteine. Ähnlich liegen die Verhältnisse bei den verschiedenen Sorten von Korund bzw. Elektrokorund. Eine Herstellung von Formsteinen ist auch bei diesen Materialien gegeben.
Noch günstiger sind die Verhältnisse bei Verwendung von Magnesit. Bei Erwärmung von 1 dm3 Magnesit auf zirka 7500 C wird mit einem Gewichte von nur 2 8 kg die gleiche Wärmemenge von 530 WE wie beim Eisen gespeichert oder in weiterem Vergleich zu Eisen und Sil1imanit werden in 1 dm3 Magnesit bei Erwärmung auf 940 C sogar ungefähr 660 WE oder 0-76 Kwh gespeichert. Besonders erwünscht ist bei diesem Material auch die grosse Wärmeleitfähigkeit. Ähnlich, teilweise günstiger oder ungünstiger,
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sind die Verhältnisse bei Verwendung von Chrom- magnesit, Chromerz, Siliciumkarbid und Zirkon.
Leider ist es bei manchem dieser Materialien aus Gründen der Fertigung nicht möglich, besondere Formsteine herzustellen.
Es können daher fallweise auch Kombinationen von Form- steinen mit normalenZiegelformaten eines anderen
Materials zur Anwendung kommen.
Auf diese Weise erhält man einen Speicher- block mit sehr kleinem Raumbedarf und Gewicht.
Bei Verwendung hochwertiger Wärmedämmstoffe und zweckmässiger Formgebung sämtlicher den inneren Luftumlauf leitender Flächen ergeben sich bei Schaffung eines möglichst kurzen Gesamt- luftweges auch Mindestluftquerschnitte.
Somit sind die Richtlinien für die neuartige
Konstruktion eines hygienisch einwandfreien, regelbaren, elektrischen Raumheizungs-Speicher- ofen mit kleinstmöglichem Gewicht und Raum- bedarf vorgezeichnet.
Gegenstand der Erfindung ist ein elektrischer
Hochleistungsheizofen, der bei bekanntem inneren
Luftumlauf ebenfalls für unmittelbare Wärme- abgabe nach Einschalten des Heizkörpers wie auch für Wärmespeicherung als Halbspeicher- oder Vollspeicherofen verwendet werden kann.
Im Gegensatz zu der bekannten Ausführung ist jedoch die Grösse des Heizkörpers, die An- ordnung wie auch Grösse der wärmeaustauschenden
Innenflächen des Luftführungskörpers und dieser selbst so bemessen, dass nicht nur die Aufheizung des gesamten Speicherkörpers ohne Luftumlauf nur über seine Innenflächen erfolgen kann, sondern in weiterem Gegensatz zu sämtlichen bekannten Raum-bzw. Einzelspeicheröfen, deren höchste Durchschnitts-Aufheiztemperaturen des gesamten Speicherkörpers 300 bis 400 0 C, durch ihre Konstruktion gegeben, nicht überschreiten dürfen, eine Aufheizung über 500 C bis zu den höchsten durch die Grenztemperatur der hochwertigen Heizleiter gegebenen Temperaturen möglich wird.
Eine weitere Steigerung der Leistungsfähigkeit des Ofens ist nur mehr von dem für den Speicherkörper verwendeten Material abhängig bzw. einer zweckmässigen Kombination der Reihe feuerfester Edelmaterialien : Sillimanit, Korund, Elektrokorund, Magnesit, Chrommagnesit, Chromerz, Siliciumkarbid und Zirkon, wobei die keramische Industrie vielleicht eine neuartige Zusammensetzung finden kann, bei welcher ein Edelwerkstoff als Zusatz bei der niederen Temperatur eines Bindematerials gebrannt wird.
Der erfindungsgemässe Ofen unterscheidet sich von den bekannten Speicheröfen durch kleinstmögliches Gewicht und kleinstmöglichen Raumbedarf, begrenzt durch eine der hygienisch einwandfreien Wärmeabgabe des Aussenmantels an die Raumluft entsprechende Mindestgrösse, die es ermöglicht, den Ofen auch bei grösseren Anschlusswerten in ortsveränderlicher Ausführung herzustellen bzw. elektrische Speicherheizeinsätze für ortsfeste keramische Verkleidungen auszuführen.
Erfindungsgemäss ist ein freistrahlender Heizkörper 1 von einem ununterteilten Luftführungskörper 2, 3, 4 allseitig derart umgeben, dass dieser in jedem Betriebsfalle nur von seiner Innenseite her erwärmt (aufgeheizt) werden kann und ist der Heizkörper so gross bemessen, dass nur der für den Luftumlauf noch nötige Raum frei bleibt.
Um während der Anheizzeit und in den ersten Stunden der Entladezeit bzw. bei Sparbetrieb die Wärmeabgabe des Luftführungskörpers bei hohen Innentemperaturen möglichst klein zu halten, sind im Luftführungskörper erfindungsgemäss oben und unten Abschlussorgane 5 vorgesehen, die durch einen gleichartig im Sinne der Öffnung oder der Schliessung wirkenden Schaltmechanismus gemeinsam betätigt werden und bei deren Schliessstellung ein Luftumlauf zur Gänze unterbunden wird.
Der Übergang von einer zur anderen Betriebsart erfolgt nur durch entsprechende Bemessung der Belüftungs-Querschnitte durch die Abschluss-
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wärmeabgebenden Flächen ausgelöst wird.
Der Ofenmantel 6 schliesst direkt den Raum ein, in welchem der Luftführungskörper an- geordnet ist.
Erfindungsgemäss bestehen die Wandungen des den Hohlraum einschliessenden Körpers und der Abschlussorgane aus einem innen be- findlichen Speicherkörper grosser Speicherfähigkeit und aussen angebrachten Wärmedämmschichten.
Die inneren, dem Heizkörper 1 zugekehrten Wandungen 2 des Luftführungskörpers können mit Wärmeaustauschrippen 3 versehen sein.
Erfindungsgemäss ist der freistrahlende Heizkörper, die Anordnung wie auch Grösse der wärmeaufnehmenden Flächen des Speicherkörpers und dieser selbst so bemessen, dass die Aufheiztemperaturen des gesamten Speicherkörpers zwischen 500 C und den Grenztemperaturen der Heizleiter liegen.
Diese Ausführung ermöglicht einerseits eine gleichmässige Anheizung des gesamten Speicherkörpers bis auf höchste Temperaturen und damit bei Verwendung gut wärmeleitender Speicherschichten deren beste Ausnützung, wodurch eine bedeutende Verringerung des Ofengewichtes bei gleicher Speicherfähigkeit erreicht wird. Anderseits erfolgt während der Wärmeabgabezeit ein günstiger Wärmeübergang an die durchströmende Luft.
Bei entsprechender Bemessung der Wandstärke der äusseren Wärmedämmschichten 4 des Luftführungskörpers wird bei geschlossenen Abschlussorganen 5 nach Erreichung einer für den Heizkörper noch zulässigen Grenztemperatur der inneren speicherfähigen Schichten des Luftführungskörpers im Dauerbetrieb ein Wärmegleichgewichtszustand erzielt, wobei die gesamte im Heizkörper umgesetzte elektrische Energie als Wärme von den Luftführungskörper über den Aussenmantel abgegeben wird.
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Bei Annahme einer Temperaturdifferenz von zirka 8000 C im Gleichgewichtszustande zwischen
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körpers, ferner einer Isolierstärke von zirka
65mm Kieselgurstein und der gleichen Wand- stärke des Speicherkörpers, z.
B. aus Magnesit, ergibt sich ein Temperaturabfall von zirka 30 C in der speicherfähigen Schicht und zirka
770 C in der Isolierschicht.
Erfindungsgemäss ist der Luftführungskörper mit den Abschlussorganen, der wärmeisolierten
Zwischenwand 7, dem Betätigungsgestänge 8, dessen Antrieb 9 mit dem Knebel 10, den Säulen
11, welche den Luftführungskörper tragen, und dem Sockel 12 als ortsveränderlicher elektrischer
Heizeinsatz zusammengebaut.
Bei sinngemässer Betätigung der Durchlüftungs- einrichtung kann der erfindungsgemässe Ofen allen Betriebserfordernissen vollkommen ent- sprechen und ist besonders geeignet zur Ver- wertung von Abfallstrom, der innerhalb von
24 Stunden zu beliebigen Zeiten anfallen kann.
Bei geöffneter Durchlüftungseinrichtung wird schon kurze Zeit nach Einschaltung des Heiz- körpers fast die gesamte Wärme durch den entstehenden bekannten inneren Luftumlauf an den Aussenmantel abgegeben. Der Ofen arbeitet als direktheizender Ofen".
Durch Betätigung der Durchlüftungsein- richtung kann bei Drosselung dieses Luftumlaufes die Wärmeabgabe an den Aussenmantel ent- sprechend verringert werden und es erfolgt gleichzeitig eine Aufheizung der speicherfähigen
Schichten des Luftführungskörpers. Der Ofen arbeitet als"Halbspeicherofen".
Bei gänzlicher Absperrung der Durchlüftungs- einrichtung wird die gesamte im Heizkörper erzeugte Wärme zur Aufheizung der speicherfähigen Schichten des Luftführungskörpers verwendet. Die Wärmeabgabe ist durch den von der jeweiligen Temperatur der speicherfähigen Schichten abhängigen Wärmedurchgang bedingt.
Der Ofen arbeitet als"Vollspeicherofen".
Nach Abschaltung des Heizkörpers kann die jeweilige Wärmeabgabe durch Betätigung der Durchlüftungseinrichtung nach Bedarf gesteigert werden bzw. kann eine entsprechende Reserve für die Endstunden der Entladezeit verbleiben.
Der erfindungsgemässe Ofen kann auch mit einer Kochmöglichkeit ausgestattet sein. Er hat dann eine Herdplatte mit einer oberhalb der Durchlüftungsöffnung angeordneten besonders ausgebildeten Kochstelle, die bei Nichtbenutzung durch eine wärmeisolierte Ofenhaube abgedeckt werden kann. An Stelle des oberen Abschlusskörpers wird dann eine mehrteilige Klappe verwendet.
Bei überwiegender Verwendung des Ofens für Kochzwecke kann zur Steigerung der Herdplattentemperatur der äussere Ofenmantel zweckmässigerweise wärmeisoliert sein.
In Sonderausführung als Badezimmerheizofen kann an Stelle des äusseren Mantels ein Wasser- mantel mit darüber gebauten wärmeisoliertem
Behälter angeordnet werden. Diese Ausführung ersetzt dann gleichzeitig den Warmwasser- speicher mit dem Vorteil, dass durch Wegfall des
Heizpatronenflansches eine ständige Fehlerquelle beseitigt wird und bei der niederen Wärme- belastung der Heizflächen keine Kesselstein- bildung auftritt.
Der Hauptvorteil ist jedoch der, dass abends, wenn der Warmwasserspeicher meist nicht mehr betriebsbereit ist, noch eine Warmwasserbereitung und Heizung des Raumes erfolgen kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrischer Heizofen mit Luftumlauf innerhalb des Ofenmantels, dadurch gekennzeichnet, dass dieser den Raum direkt einschliesst, in welchem ein als ununterteilter Luftführungkörper ausgebildeter Speicherblock angeordnet ist und dieser einen freistrahlenden Heizkörper allseitig derart umgibt, dass bei jeder Betriebsart der Luftführungskörper nur von seiner Innenseite her erwärmt werden kann, wobei der Heizkörper so bemessen ist, dass nur der für den Luftumlauf noch nötige Raum frei bleibt.