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Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmespeicher mit einem aus Elementen zusammengesetzten Eisenkern Innerhalb eines wärmedämmenden Mantels und mit einer Einrichtung zum Erwärmen des Eisenkerns, die wenigstens eine in den Eisenkern eingebettete Leitung aufweist.
Um die über ein Heizmedium, im allgemeinen Wasser, beispielsweise aus einem Kessel, einem Fernheizwerk oder einer Solaranlage übertragene Wärme zu speichern, wird vor allem Wasser als Speicherflüssigkeit eingesetzt, die im Wärmeaustausch über das Heizmedium erwärmt wird und die aufgenommene Wärme bei Bedarf an einen Wärmeträger abgibt. Flüssige Wärmespeicher haben allerdings den Nachteil, dass sie in korrosionsfesten Behältern gelagert werden müssen, die zum Aufstellen in Räumen eines Bauwerks durch vorgegebene Türöffnungen zu transportieren sind und daher nur ein beschränktes Aufnahmevolumen aufweisen. Ausserdem ist eine Anpassung an räumliche Gegebenheiten am Aufstellungsort aufgrund des vorgefertigten Behälters nicht möglich.
Um einen Wärmespeicher zu schaffen, der mit Hilfe elektrischer Energie erwärmt werden kann und die aufgenommene Wärme an einen flüssigen Wärmeträger abgibt, ist es bekannt (US 4 200 783 A), zur Speicherung der Wärmeenergie einen allenfalls aus einzelnen Elementen zusammengesetzten Eisenkern einzusetzen, der einerseits von einer Rohrleitung für den flüssigen Wärmeträger und anderseits durch Widerstandsdrähte einer elektrischen Heizeinrichtung durchsetzt wird. Damit hohe Speichertemperaturen, wie sie durch die elektrische Heizung ermöglicht werden, ausgenützt werden können, wird als Wärmeträger ein synthetisches Öl hoher Temperaturbeständigkeit verwendet.
Nachteilig bei diesem bekannten Wärmespeicher ist, dass die Zufuhr elektrischer Energie vorausgesetzt wird und dass innerhalb des Eisenkerns entsprechende Kanäle einerseits für die Führung des flüssigen Wärmeträgers und anderseits für die Widerstandsdrähte der elektrischen Heizung vorgesehen werden müssen, was wiederum eine Vorfertigung des Eisenkerns bedingt.
Bei einer ähnlichen Konstruktion (WO 90/04140 A1) wird der über eine elektrische Widerstandsheizung erwärmte Eisenkern eines Wärmespeichers zur Wärmeentnahme mit Wasser beaufschlagt, das verdampft, so dass der entstehende Wasserdampf zur Wärmerückgewinnung einem Kondensator zugeführt werden kann. Der Eisenkern ist aus übereinandergeschichteten Platten aufgebaut, die abwechselnd zwischen sich eine elektrische Widerstandsheizung aufnehmen und Kanale für die Wasserbeaufschlagung bilden.
Da diese Kanäle an einen den Eisenkern durchsetzenden, quer zu den Platten verlaufenden Sammelkanal angeschlossen werden müssen, ergibt sich wiederum eine aufwendige Vorfertigung der Teile des Eisenkerns, wozu noch kommt, dass zum Abdichten der zwischen den Eisenplatten vorgesehenen Verteilerkanäle für das zu verdampfende Wasser die Eisenplatten miteinander verschweisst werden.
Schliesslich ist es bekannt (DE 38 34 246 A 1), einen Wärmespeicher zwischen einer elektrischen Heizeinrichtung und einem flüssigen Wärmeträger mit Hilfe von Bausteinen aus Magnesit aufzubauen, in die einerseits die elektrischen Widerstandsdrähte der Heizeinrichtung und anderseits die Leitungsrohre für den flüssigen Wärmeträger eingegossen sind. Damit lassen sich zwar Wärmespeicher baukastenartig vor Ort in verschiedenen Formen zusammensetzen, doch bedingen die Bausteine mit den eingegossenen Rohrleitungen und elektrischen Widerstandsdrähten eine aufwendige Herstellung, wobei beim Zusammensetzen der Bausteine für eine entsprechende Verbindung der Rohrabschnitte bzw. der Heizleiterabschnitte gesorgt werden muss.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Wärmespeicher für den Wärmeaustausch zwischen einem Heizmedium und einem Wärmeträger so auszugestalten, dass sich bei guten Wärmespeichereigenschaften sehr einfache Herstellungsbedingungen ergeben, die eine weitgehende Anpassung an örtliche Raumverhältnisse erlauben.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Eisenkern aus aufeinandergeschichteten, quaderförmigen Bauteilen besteht, zwischen denen die Leitung der Einrichtung zum Erwärmen des Eisenkerns verläuft
Da der Eisenkern aus quaderförmigen Bauteilen aufgeschichtet wird, kann der Eisenkern vor Ort entsprechend den jeweils gegebenen räumlichen Verhältnissen zusammengesetzt werden, was vorteilhafte Voraussetzungen für den Transport und die Herstellung des Eisenkerns sicherstellt. Wegen der Quaderform können die Bauteile mit einem geringen Aufwand gefertigt werden, zumal die Leitung zum Erwärmen des Eisenkerns während des Aufeinanderschichtens der Bauteile zwischen diesen verlegt werden kann
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Zur Erwärmung des Eisenkerns kann eine elektrische Widerstandsheizung eingesetzt werden.
Um den Eisenkern über ein Heizmedium, beispielsweise Wasser, aus einer Solaranlage, einem Heizkessel oder einer Fernheizanlage aufwärmen zu können, empfiehlt sich jedoch, dass die Leitung zum Erwärmen des Eisenkerns aus einer Rohrleitung für ein solches Heizmedium besteht. Die Erwärmung eines Wärmeträgers, üblicherweise wiederum Wasser, im Wärmeaustausch mit dem Eisenkern kann über wenigstens eine Rohrleitung für den zu erwärmenden Wärmeträger erfolgen, die ebenfalls zwischen den aufeinandergeschichteten, quaderförmigen Bauteilen verlegt wird. Die Ausnützung der im Eisenkern gespeicherten Wärme für eine Raumheizung kann aber auch ohne Zwischenschaltung eines Wärmeträgers unmittelbar erfolgen, wenn zwischen dem Eisenkern und dem wärmedämmenden Mantel vorzugsweise vertikale Strömungskanäle für die zu erwärmende Luft vorgesehen sind.
Ein solcher für die Raumheizung dienender Wärmespeicher kann mit Vorteil als Trennwand zwischen zwei zu beheizenden Räumen ausgebildet sein. Es ist lediglich für eine entsprechende Abtragung des Gewichtes des Eisenkerns zu sorgen.
Zum Verlegen von Rohrleitungen zwischen den aufgeschichteten, quaderförmigen Bauteilen können die quaderförmigen Bauteile durchgehende, randparallele Oberflächennuten mit einem dem halben Rohrleitungsquerschnitt entsprechenden Nutenquerschnitt aufweisen, wobei sich die Oberflächennuten mit den Oberflächennuten anschliessender Bauteile zu Durchgangsöffnungen für die Rohrleitungen ergänzen. Die während des Verlegens der Bauteile in die Oberflächennuten eingesetzten Rohrleitungen ergeben eine formschlüssige Verbindung zwischen den aufeinandergesetzten Bauteilen, so dass eine Verlagerung der Bauteile quer zu den Rohrleitungen ausgeschlossen werden kann. Die aufeinandergeschichteten Bauteile bedürfen daher keiner zusätzlichen Verbindung um einen stabilen Eisenkern für den Wärmespeicher aufbauen zu können.
Das Einsetzen der Rohrleitungen in die Oberflächennuten bringt ausserdem eine für den Wärmeübergang vorteilhafte flächige Anlage der Rohrleitungen an den Bauteilen mit sich. Ausserdem können die Rohrleitungen über in Richtung der Rohrleitungen aneinander anschliessende Bauteile durchgehend verlaufen, so dass sich zwischen den Bauteilen Kupplungen für die Rohrleitungen erübrigen.
Um einfache Verhältnisse beim Zusammensetzen des Eisenkerns aus den einzelnen quaderförmigen Bauteilen zu erhalten, können die Oberflächennuten symmetrisch zu einer Mittelebene zwischen den in Richtung der Oberflächennuten verlaufenden Bauteilrändern angeordnet sein.
Diese symmetrische Ausbildung der Bauteile lässt das Aufschichten der Bauteile auch in um 180 gewendeten Lagen zu, ohne dass sich hinsichtlich des Aufbaus des Eisenkerns Änderungen ergeben.
Die Rohrleitungen müssen keineswegs in Oberflächennuten verlegt werden. Es ist durchaus möglich, die Rohrleitungen in mit Magnesit ausgegossenen Fugen zwischen den Bauteilen anzuordnen, die in diesem Fall ohne Oberflächennuten ausgebildet sein können. Die Magnesitausfüllung der Fugen stellt eine entsprechende Verbindung der aufeinandergeschichteten quaderförmigen Bauteile sicher, und zwar unter vorteilhaften Wärmebedingungen, weil die Magnesitfüllung eine gute Wärmekapazität aufweist.
Unabhängig davon, ob die Rohrleitungen in einer Magnesitschicht zwischen den scharenweise aufeinandergeschichteten Bauteilen oder in Oberflächennuten dieser Bauteile verlegt sind, können die sich durch den Aufbau des Eisenkerns aus quaderförmigen Bauteilen ergebenden Vorteile hinsichtlich der Errichtung des Wärmespeichers vor Ort in einfacher Weise ausgenützt werden. Die im Vergleich zu Wasser geringere spezifische Wärmespeicherfähigkeit des Eisenkerns wird zu einem Grossteil durch das grössere spezifische Gewicht des Eisenkerns ausgeglichen, so dass der für eine vorgegebene Wärmespeicherkapazität erforderliche Raumbedarf mit dem eines Wasserspeichers vergleichbar ist, zumal das jeweilige Raumangebot wesentlich besser genützt werden kann.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 einen erfindungsgemässen Wärmespeicher in einem schematischen Vertikalschnitt,
Fig. 2 diesen Wärmespeicher in einem Schnitt nach der Linie 11-11 der Fig. 1 in einem grösseren
Massstab,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 111-111 der Fig. 1,
Fig. 4 den Eisenkern eines abgewandelten erfindungsgemässen Wärmespeichers ausschnitts- weise im Fugenbereich zwischen zwei aufeinandergeschichteten Bauteilen in einem
Schnitt quer zu den Rohrleitungen in einem grösseren Massstab und
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Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Wärmespeichers in ei- ner vereinfachten axonometrischen Darstellung.
Die dargestellten Wärmespeicher weisen ein aus Stützfüssen 1 und einer Auflage 2 bestehendes Gestell zur Aufnahme eines Eisenkerns 3 auf, der aus einzelnen, einfach handhabbaren, quaderförmigen Bauteilen 4 zusammengesetzt ist. Diese Bauteile 4 sind scharenweise gegeneinander versetzt aufeinandergeschichtet und nehmen zwischen sich einerseits die Rohrleitungen 5 für ein Heizmedium und anderseits die Rohrleitungen 6 für einen Wärmeträger auf. Die Anordnung ist dabei so getroffen, dass die Rohrleitungen 5 für das Heizmedium, beispielsweise warmes Wasser aus einer Solarheizanlage, einem Kessel oder einem Fernheizwerk, über einen gemeinsamen Vor- und Rücklauf 7,8 für das Heizmedium angeschlossen sind.
Dementsprechend bildet die Rohrleitung 5 zwischen den einzelnen Scharen der Bauteile 4 parallele Leitungskreise, wobei die Verbindung 9 der im Bereich des Eisenkerns 3 gerade durchlaufenden Rohrstränge 10 ausserhalb des Eisenkerns 3 erfolgt, wie dies insbesondere der Fig. 3 entnommen werden kann. In gleicher Weise ist die Rohrleitung 6 an einen Vor- und Rücklauf 11 und 12 für den Wärmeträger, beispielsweise Wasser für einen Heizkreislauf, angeschlossen, wobei die Rohrstränge 13 wiederum ausserhalb des Eisenkerns 3 miteinander verbunden sind. Die sich zwischen den einzelnen Scharen der Bauteile 4 ergebenden Leitungskreise sind auf der Anschlussseite über Sammel- bzw. Verteilerlei- tungen 14,15 an die zugehörigen Vor- und Rückläufe 7,8 bzw. 11,12 angeschlossen.
Gemäss den Fig. 1 bis 3 sind die Rohrstränge 10 und 13 in Fugen 16 zwischen den Bauteilen 4 verlegt, wobei diese Fugen 16 mit Magnesit 17 ausgegossen sind. Zu diesem Zweck werden die Fugen 16 durch Randleisten 18 begrenzt, zwischen die die Magnesitfüllung gegossen wird, bevor die nächste Schar an Bauteilen 4 aufgesetzt wird. Es ergibt sich somit eine sehr einfache, vor Ort montierbare Konstruktion, die eine weitgehende Anpassung an die jeweils gegebenen Raumverhältnisse erlaubt.
Das Verlegen der Rohrstränge 10 und 13 in Fugen 16 zwischen den Bauteilscharen mit einem Ausgiessen der Fugen 16 mit Magnesit 17 stellt zwar eine einfache Verlegungsmöglichkeit mit einem guten Wärmeübergang von bzw. auf die Rohrstränge 10,13 sicher, doch ergibt sich nach der Fig. 4 auch die Möglichkeit, die Rohrstränge 10,13 in Oberflächennuten 19 zu verlegen, deren Nutenquerschnitt dem halben Rohrleitungsquerschnitt entspricht, so dass sich beim Aufeinanderschichten der Bauteile 4 durchgehende Durchgangsöffnungen für die Rohrstränge 10 und 13 ergeben. Über diese Rohrstränge 10 und 13 werden die Bauteile 4 zusätzlich gegen eine Querverlagerung gesichert, so dass sich zusätzliche Verbindungsmittel erübrigen.
Um eine einfache Verlegung unabhängig von der jeweiligen Lage der Bauteile 4 zu erreichen, können die Oberflächennuten 19 symmetrisch zu einer Mittelebene 20 zwischen den in Richtung der Oberflächennuten 19 verlaufenden Bauteilränder angeordnet werden, wie dies in der Fig. 4 angedeutet ist.
Zur Wärmedämmung des Eisenkerns 3 ist ein wärmedämmender Mantel 21 vorgesehen, der ebenfalls erst vor Ort errichtet werden kann.
Gemäss der Ausführungsform nach der Fig. 5 ist wiederum ein Eisenkern 3 aus einzelnen, quaderförmigen Bauteilen 4 in der bereits beschriebenen Art aufgebaut. Zum Unterschied zur Ausbildung nach den Fig. 1 bis 3 ist jedoch lediglich eine Rohrleitung 5 für ein Heizmedium zum Aufwärmen des Eisenkerns 3 vorgesehen. Da zwischen dem Eisenkern 3 und dem wärmedämmenden Mantel 21 Strömungskanäle 22 frei bleiben, kann Raumluft durch entsprechende Zu- und Austritts- öffnungen 23 und 24 im Wärmemantel 21 entlang des Eisenkerns 3 erwärmt und für die Raumheizung genützt werden. Für die Raumluft kann dabei vorzugsweise ein Zwangsumlauf vorgesehen werden, der ein entsprechendes Gebläse erfordert. Es ist aber auch eine reine Konvektionsströmung möglich.
Wird der Eisenkern 3 als Trennwand zwischen zwei zu beheizenden Räumen vorgesehen, so ergibt sich eine besonders platzsparende Anordnung des Wärmespeichers. Anstelle der Rohrleitungen 5 für ein Heizmedium können auch elektrische Leitungen zwischen den Bauteilen 4 verlegt werden, um den Eisenkern 3 aufzuwärmen.
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