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Die Erfindung bezieht sich auf ein Wärmespeichergerät zur Beheizung von Räumen mit beheizbarem Speicherkern, der aus einem oder mehreren in Behältern eingeschlossene Speichermassen enthaltenden Speicherelementen besteht und mit einer Vorrichtung, die zur Entnahme der Wärme Luft durch den Speicherkern fördert.
Die indirekte Wärmespeicherung durch elektrische Energie, Dampf oder in Heissöl transportierte Wärme gewinnt zunehmend an Bedeutung. Die gespeicherte Wärme dient z. B. zur Raumluftbeheizung. Bekannte Speichergeräte zur Raumlufterwärmung verwenden auf mehrere 1000C aufgeheizte Speicherkörper, in denen die der Raumluft beigemischten Staubanteile verschwelen, was z. B. durch Geruchsbelästigung das Wohlbefinden des Menschen beeinträchtigt und sogar gesundheitliche Nachteile zur Folge haben kann.
Die Erfindung bezweckt demgegenüber, ein Wärmespeichergerät zu schaffen, in dessen Speicherkern die Luft bei der Entladung des Speichers nicht über die Verschwelungstemperatur von etwa 95 C erwärmt wird.
Gemäss der Erfindung wird die gestellte Aufgabe durch Verwendung bestimmter Hydrate gelöst, deren Schmelztemperatur bei Lösung im eigenen Kristallwasser in den Bereich zwischen etwa 70 und 95 C fällt, wie Bariumhydroxydoktahydrat, Ammoniakalaundodekahydrat, Magnesiumhydrathexahydrat oder Trinatriumphosphatmonohydrat in der Wärmespeichermasse. Die Verwendung von Hydraten mit diesen Eigenschaften hatten ausserdem den Vorteil, dass keine umfangreiche Isolierung des Wärmespeicherkernes benötigt wird, so dass zur Aufnahme der Speichermasse Kunststoffe verwendet werden können. Ferner wird dadurch eine raumsparende Gehäuseausbildung erreicht und unter Umständen sogar eine Fertigung aus Holz ermöglicht.
Wärmespeichergeräte dieser Art können deshalb architektonisch hervorragend in Räume an klimatechnisch besonders günstigen Orten, nämlich unter den Fenstern, untergebracht werden, wo sie nicht störend hervortreten.
Schliesslich hat ein Wärmespeichergerät nach der Erfindung den grossen Vorzug, dass gefährliche Brandoder Explosionsgefahren ausgeschlossen sind.
Zur weiteren Verbesserung der Eigenschaften trägt bei, wenn der Wärmespeichermasse zur Erzeugung einer thixotropen Konsistenz in der geschmolzenen Phase gerüstbildende Stoffe, z. B. Flockenruss oder Leichtmetalloxyde beigemischt sind. Das bevorzugte Hydrat ist Bariumhydrooxydoktahydrat. Die Hydrate nach der Erfindung können für sich allein oder als Gemische mit Stoffen verwendet werden, die den Schmelzpunkt oder die Entladetemperatur-Zeitfunktion beeinflussen.
Die Verwendung der Niedertemperatur-Speichermassen hat den Vorteil, dass die Wärmespeichermassenbehälter aus Kunststoff, wie hochdruckvernetztem Polyäthylen od. dgl. bestehen können, die bei höheren Temperaturen eine Formveränderung erfahren. Dadurch ist auch das Problem der Ausdehnung der Speichermassen beim Schmelzen gelöst, weil in diesem Fall die Wandungen die Kräfte elastisch aufnehmen.
In Wärmespeichergeräten der eingangs genannten Art, bei welchen die Aufheizung der Wärmespeichermassen durch ein elektrisches Widerstandsheizelement erfolgt, das mit den Wärmespeicherkörpern wärmeleitend verbunden ist, bestehen die Heizelemente vorteilhaft aus dünnen Leiterschichten, die auf Kunststoffolien aufgebracht sind. Es können auch Heizregister vorgesehen sein, die aus unabhängig schaltbaren übereinander angeordneten Heizelementen bestehen. Des weiteren können die Klappen der Konventionskanäle aus flexiblen Folien gebildet werden.
Bei Wärmespeichergeräten, die mehrere Heizelemente enthalten, die teils nur zur Aufladung und teils nur zur direkten Lufterwärmung bei Zusatzheizbetrieb dienen, können die Heizelemente auf beiden Flächen einer Isolierfolie aufgebracht sein.
Zur Erhöhung des Wirkungsgrades und zur räumlich günstigen Auslegung trägt bei, wenn die Wärmespeichermassenbehälter die Luftkanäle des Wärmespeichergerätes begrenzen.
Sind die Wärmespeichermassen in Kunststoffbehältern eingebracht, deren Wandungen von Heizwendeln aus Leitermaterial umwickelt sind, so wird eine günstige Aufheizung bei gleichzeitig leichter Bauweise erhalten. Als Aufnahmebehälter können auch Plastikbehälter gewählt werden, die durch mäanderförmig profilierte Blechbänder auf Distanz gehalten werden, deren dem Heizelement zugewandte Fläche eine Unterbrechung erfährt.
Zwischen der Wärmespeichermasse und dem Heizelement können auch gut wärmeleitende Elemente, wie mäanderförmig gebogene Blechtafeln eingelegt sein, über die wenigstens ein Teil der Wärme des Heizelementes bei unterbrochenem Luftdurchsatz geleitet und der Wärmespeichermasse zugeführt wird, während beim Luftdurchsatz über diese Elemente geleitete Wärme des Heizelementes zu einem grossen Teil zum Zwecke der Zusatzbeheizung durch die Luft abgeführt wird.
Das Wärmespeichergerät ist vorteilhaft auch von einem zentralen Heizkessel unter Zwischenschaltung eines fliessbaren Wärmeträgers, der auf Temperaturen aufheizbar ist, die oberhalb der Arbeitstemperaturen von Warmwasserheizungen liegen. Der Speicherkern kann direkt oder über einen fliessfähigen Wärmeträger beheizt werden. Letzteres ist von besonderem Interesse bei der Verwendung von Dampf oder auch Heissöl als Wärmeträger. Beide Wärmeträger arbeiten mit hoher Temperatur, Dampf bis 130 C, Heissöl bis 350 C, deshalb sind die Wärmeverluste der Rohrleitungen sehr gross, da die Rohrleitung während 24 h vom Wärmeträger durchströmt wird.
In Verbindung mit erfindungsgemässen Wärmespeichern kann die Aufladung auf beispielsweise zwei oder drei über den Tag verteilte Zeiträume von je 1 h beschränkt werden, wodurch die Wärmeverluste auf etwa 1/10 heruntergehen.
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In den Zeichnungen, welche beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung zeigen, sind : Fig. la zeigt die Vorderansicht eines Speichergerätes nach der Erfindung. Die Fig. 1b und lc zeigen eine Seitenansicht des in Fig. la dargestellten Gerätes mit verschiedenen Klappenstellungen, wobei die Gehäuseseitenwand des Gerätes weggelassen ist.
Fig. 2 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Ausführugsform eines Speicherelementes für das in den Fig. la bis 1c dargestellte Wärmespeichergerät. Die Fig. 3 bis 7 zeigen teils in perspektivischen Ansichten und teils in Schnittansichten verschiedene Ausführungsformen und Zuordnungsmöglichkeiten von Speicherelementen für ein Wärmespeichergerät nach der Erfindung. Fig. 8 zeigt schematisch in Ansicht und im Querschnitt ein plattenförmiges Heizelement für ein Wärmespeichergerät nach der Erfindung. Fig. 9 zeigt schematisch die Ansicht eines plattenförmigen Heizregisters für ein Wärmespeichergerät nach der Erfindung.
Fig. 10 zeigt teils in perspektivischer und teils in Schnittansicht eine Ausführungsform eines Speicherkernes für ein Wärmespeichergerät nach der Erfindung mit als Glühdrähte ausgebildeten Heizelementen. Fig. 11 zeigt teils in perspektivischer und teils in Schnittansicht einen Rouleau-Verschluss für den Luftkanal eines Speichergerätes nach der Erfindung. Fig. 12a zeigt teils im Vertikalschnitt teils in perspektivischer Ansicht eine weitere Ausführungsform eines Speichergerätes nach der Erfindung. Fig. 13 zeigt im Schnitt längs der Linie a-a in Fig. 12a den Speicherkern des Gerätes nach Fig. 12a. Fig. 14 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Abschlussklappe für einen Luftkanal eines Speichergerätes nach der Erfindung.
Figea zeigt eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Speichergerätes nach der Erfindung mit unten angeordnetem Injektor. Die Fig. 15b und 15c zeigen Schnitte längs den Linien b-b und c-c in Fig. 15a. Fig. 16a zeigt in Vorderansicht ein ähnliches Gerät wie Fig. 1Sa. Fig. 16b zeigt einen Schnitt längs der Linie b-b in Fig. 16a.
In Fig. la ist ein Speichergerät nach der Erfindung mit einem Lufteintrittsgitter-l-und einem Luftaustrittsgitter--2--dargestellt. Wie mit den Linien--3--angedeutet, kann die Breite des Gerätes entsprechend den als Modulelementen ausgebildeten Speicherelementen in Intervallen beliebig gross gewählt werden. Da keine oder fast keine Isolation erforderlich ist, kann das Gerät sehr flach gebaut und im Gegensatz zu bekannten Geräten in einem nur sehr kleinen Abstand von der Wand aufgehängt werden.
Wie aus den Fig. lb und 1c ersichtlich ist, sind die Speicherelemente --5-- so angeordnet, dass sie zwei sich über die gesamte Gerätebreite erstreckende Luftkanäle--6 und 7--bilden, die miteinander unten und oben kommunizieren. In Fig. lb ist eine Klappe-8--in einer Stellung dargestellt, in der die Raumluft längs den Pfeilen-9 und 10--durch die Kanäle des Gerätes strömen kann. Bei der Stellung der Klappe--8--, die in Fig. lc dargestellt ist, wir der Raumluftaustritt versperrt und die Luft kann längs den Pfeilen-11 und 12--in einem geschlossenen Kreis zirkulieren, wobei das Heizregister--13--, das als Umlenkschaufel ausgebildet ist und unsymmetrisch eingebaut ist, den Luftstrom aufheizt und führt.
In Fig. 2 ist ein Speicherelement gezeigt, dessen Speichermassenbehälter-20-aus zwei gleichen winkelförmigen Teilen--21 und 22--, sowie den Stirnflächen --23-- besteht. An einer Stirnfläche --23-- ist ein Föllstutzen --24-- angebracht. Die Wärmetauschflächen--25--sind an einer oder beiden Seiten an den winkelförmigen Teilen des Behälters befestigt, je nachdem, ob das Speicherelement in der Mitte oder an der Aussenseite des Speicherkernes nach den Fig. lb und Ic angeordnet ist. Die Behälter können aus Blech bestehen, sie sind jedoch vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt.
Fig. 3 zeigt vier Speichermassenbehälter--30--aus Kunststoff, bei denen zur einfacheren Stapelbarkeit der Füllstutzen-32-in einer abgeschrägten Raumecke --31-- angeordnet ist. Wärmeleitbleche --3-aus Metall sind entweder an die einzelnen Behälter angeklebt, oder sie werden als federnde Zwischenstücke mit einer der gesamten nutzbaren Gerätebreite entsprechenden Länge bei der Montage eingelegt.
In Fig. 4 ist ein Horizontalschnitt durch ein Wärmespeichergerät nach der Erfindung, ähnlich dem nach Fig. la, dargestellt. Die Speicherelemente --45-- liegen auf einem nicht dargestellten Rahmen auf, der Öffnungen hat, welche die Breite der mäanderförmigen Rippen--40--haben. Der Aufbau der
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Die SpeichermasseBehältern --42 und 43--ist ein Flachheizkörper --4-- angeordnet, der an Hand von Fig. 8 noch näher beschrieben wird. Das im fliessfähigen Zustand eingefüllte Speichermaterial drückt die Wände der Kunststoffbehälter --42 und 43-dicht an die Heizung-44--.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform bestehen die Speichermassenbehälter aus prismatischen Gehäusen--50--, vorzugsweise aus Kunststoff. Diese Gehäuse haben rillenförmige Kanäle--51--für den Durchtritt der Luft. Zwischen zwei gegenüberliegenden Speicherelementen ist ein Flachheizkörper-52-- angeordnet, der an Hand von Fig. 9 näher beschrieben wird.
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Speicherkernes eines Gerätes nach der Erfindung, bei der die Speichermasse in Behältern aus Folienschläuchen oder Kunststoffbehältern --60-- untergebracht ist. Die einzelnen Speichermassenbehälter greifen in der dargestellten Weise in mäanderförmig gekrümmte Blechstreifen --61-- ein und werden von diesen Blechstreifen, die zugleich die Luftkanäle bilden, in Abstand voneinander gehalten. Die die Luftkanäle bildenden Bleche-61--gegenüberliegender Gruppen von Speicherelementen berühren einen Flachheizkörper-62--, der ebenfalls dem an Hand von Fig. 9 beschriebenen Flachheizkörper
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entspricht.
Die mäanderförmigen Blechstreifen --61-- bestehen vorzugsweise aus Aluminium und leiten während des Ladens und Entladens die Wärme zu und von den Speicherelementen.
Durch Wellung kann die Oberfläche vergrössert werden. Bei eingeschalteter Heizung und geöffneter Luftklappe ist die Abkühlung so stark, dass der Schmelzpunkt der Speichermasse nicht erreicht wird, so dass die gesamte Wärme über den Blechstreifen--61--an die durchsetzte Luft zum Zwecke der Zusatzbeheizung abgegeben wird.
In Fig. 7 ist ein Speichergerät nach der Erfindung dargestellt, bei dem die Speichermasse in Folienschläuchen-8-angeordnet ist. Diese Folienschläuche sind an Stangen --81-- wie Würste aufgehängt und haben einen solchen Abstand voneinander, dass sie für die hindurchtretende Luft einen kleinen Widerstand bilden. Die Steuerklappe --82-- für die Entladung und Ladung ist um ein Gelenk --83-- verschwenkbar angeordnet. In Ladeposition verschliesst diese Klappe--82--den Oberteil des Gehäuses. Der Boden--84--
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Speichermasse aus dem Gehäuse ausfliessen kann. Die einzelnen Speichermaschenbehälter --81-- sind mit Heizwendeln--86--aus sehr dünnem Widerstandsdraht oder aus einem Leitpolymeren umwickelt.
Diese Wendeln dienen einerseits zur Aufheizung der Speicherelemente und anderseits erhöhen sie die Belastbarkeit der Wände dieser Speicherelemente auf Ringspannung. An Stelle der Wendeln können auch dünne Metallschichten, die als Heizwiderstände wirken, aufgebracht werden.
In Fig. 8 ist eine Heizung für ein Gerät nach der Erfindung schematisch in Ansicht und im Schnitt dargestellt. Die Heizung besteht aus einer Kunststoffolie-100--, auf die die Heizleiter aufgebracht sind. Die Zuleitung--101--versorgt die übereinander angeordneten Widerstandskreise--102, 103 und 104--, die jeweils unabhängig voneinander eingeschaltet werden können, damit bei nicht völlig entladenem Wärmespeichergerät eine Nachladung ohne Überhitzung bereits geschmolzener oder umkristallisierter Speichermasse möglich ist. Die Kunststoffolie--100--, die den Heizleiter trägt, ist von einer Isolierfolie - -106-- umhüllt, die längs der Naht-107-verschweisst ist.
Fig. 9 zeigt ein in gleicher Weise aufgebautes Heizregister, bei dem auf der einen Seite des Heizleiterträgers die zur Ladung dienenden in zwei Kreise--110 und 111--unterteilten Heizelemente dienen, während der Träger auf der andern Seite die als Zusatzheizung dienende Heizleiterbelegung--112--trägt. Die Zusatzheizung, mit der die Luft direkt erwärmt werden kann, befindet sich jeweils im Bereich der Luftkanäle und kann deshalb keine Wärme an die Speichermasse, sondern nur an die den Luftkanal durchsetzende Luft abgeben.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 ist ein Speichermassenbehälter --120-- mit Luftkanälen --121-- ausgerüstet, in denen sich Strahlungsheizelemente--122--befinden, die im einfachsten Falle als zwischen federnden Bügeln--123 und 124--aufgehängte Flachdrähte ausgebildet sind. Diese Drähte dienen bei unterbrochenem Luftstrom zur Aufladung, indem sie ihre Wärme durch Strahlung an die Speicherelemente abgeben, während bei geöffneten Luftkanälen der grösste Teil der Wärme der Heizdrähte an die durchströmende Luft abgegeben wird, so dass die gleichen Heizelemente zur Aufladung und als Zusatzheizung verwendet werden können.
Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform des oberen Abschnittes eines Luftkanals--142--, der durch eine aus zwei Folien aufgebaute Rolle--140--abgedeckt werden kann, die im Bereich --141-- mit einer Seite der Speicherkörper verbunden ist. Eine Schicht der Rolle besteht aus einem Leitpolymeren oder aus sehr dünnen Bimetallstreifen. Durch die Ausbildung der den Strom leitenden Schicht wird der Stromfluss so geleitet, dass diese leitende Schicht und ihre unmittelbar benachbarte Schicht beim Einschalten des Stromes stark
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Stromes sich die Folie aufrollt und den Kanal--142--freigibt und bei Ausschalten des Stromes der Kanal dann verschlossen wird.
Die Fig. 12a und 12b zeigen eine weitere Ausführungsform eines Speichergerätes nach der Erfindung, bei dem die Speichermassen sich in Behältern --150 und 151-aus Kunststoff befinden. Zwischen diesen Speichermassenbehältern sind zwei gleichartige mäanderförmige Wärmetauschelemente-152 und 153--
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entspricht dem Heizregister nach Fig. 8. Oberhalb des Gerätes ist ein Luftkanal--155--angeordnet, aus dem ovale Düsen-156-in einen Diffusor --157-- hineinragen. Die aus den Düsen-158-austretende Luft saugt Sekundärluft an. Der gesamte Luftstrom durchsetzt das Gerät. Bei Einsetzen der Luftförderung öffnet sich der Folienstreifen-159-, der an einer Seite fest mit einem Speicherelement verbunden ist.
Wie in Fig. 12b dargestellt, ist an dem Luftkanal--155--ein Gebläse--160-angeschlossen. Die Speichermassenbehälter sind so dimensioniert, dass sie in Form von Kästen leicht transportiert werden können.
In Fig. 13 ist ein Schnitt längs der Linie a-a der Fig. 12a dargestellt, in dem die Anordnung der Düsen - -156-- und der Luftleitbleche --152 und 153--ersichtlich ist. Zwischen den Luftleitblechen-152 und 153--ist das Heizregister--154--angeordnet.
Fig. 14 zeigt die Ausbildung der Klappe --159-- des Gerätes nach Fig. 12a, die in ösenförmigen
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Scharnieren --180-- aufgehängt ist und durch den Druck der ansaugenden Luft geöffnet wird.
In den Figea bis 15c ist eine weitere Ausführungsform eines Gerätes nach der Erfindung dargestellt, das aus zwei gleichen Gerätehälften--190 und 191--, sowie einem Luftschacht --192-- besteht, in dem sich ein Gebläse-193-befindet. Wie aus den Schnittansichten in den Fig. 15b und 15c ersichtlich ist, schliessen die Speicherelemente--194 und 195--zwischen sich Wärmetauscherbleche--196--ein. Unterhalb des Gerätes befindet sich ein zur Wand--197--sich erweiternder Luftstrom, der aus zwei Kanälen --198 und 199-besteht. Diese beiden Kanäle kommunizieren mit einer Vielzahl von Profilrohren--200--, die zum Luftkanal hinweisende Düsen --201-- aufweisen.
Durch diese Düsen-201--tritt Luft aus den Kanälen - 198 und 199-in den Luftkanal --202-- ein und saugt durch die Zwischenräume-203-zwischen benachbarten Profilrohren --20-- Sekundärluft an. Das Gebläse--193--hält den Druck in den Kanälen - 198 und 199-aufrecht und versorgt diese Kanäle mit Primärluft.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 16a und 16b, die wieder aus zwei gleichen Hälften-207 und 207-besteht, ist das Gebläse--208--an der Rückseite des Speichergerätes angebracht und saugt Luft durch das Eintrittsgitter--209--und den Schacht --210-- an.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wärmespeichergerät zur Beheizung von Räumen mit beheizbarem Speicherkern, der aus einem oder mehreren, in Behältern eingeschlossene Speichermassen enthaltenden Speicherelementen besteht, und mit einer
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