Wärmespeicher mit elektrischer Heizung. I)ie Erfindung bezieht sieh auf einen Wärmespeicher mit elektrischer Heizung, der dadurch gekennzeielinet ist, dass die bei der -'##@Tärrneentnahme zur Führung des Wärmeträgers dienenden Rohre zur Einfüh rung von Wärme in die Speichermasse als elektrische Heizwiderstände an eine elektri- ,,e.he Energiequelle angeschlossen werden können.
Die Rohre werden zweckmässig in Elemente a.ufgeteilt., die elektrisch hinterein- ;@ider geschaltet, in bezug auf die Strömung (b-s Wärmeträgers aber parallel geschaltet sind. Solche Elemente können aus haarnadel- fÜrinig umgebogenen Rohren bestehen.
Es lassen sieh auch an eine elektrische Energie quelle an:sehliessba.re Rohre mit nicht an- schliessbaren Rohren so in Reihe schallen, da.ss ein Teil der zu speichernden Wärme niiitels eines Wärmeträgers aus den a.nge- ehlos.senen an die nicht angeschlossenen Rohre transportiert werden kann.
Auf der Zeichnung ist. in den Fig. 1 bis 3 j(- ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs gegenstandes vereinfacht dargestellt.
In der Speichermasse 1 des Speichers- nach hig. 1 sind eine Reihe aus U-förmig umge- f @orienen Rohren bestehender Elemente \? untergebracht. Diese Rohre sind mit ihrem einen Sehenkel über elektrisch isolierende Rohrstiicke 3 an eine Zufuhrverteilleitung 4 und über die elektrisch isolierenden Zwi- sclienstücke 5 an die. Abfuhrsa.mmelleitung s' angeschlossen.
Die Leitungen 4 und 6 dienen der Zu- und Abfuhr eines flüssigen oder gasförmigen Wärmeträgers. Die Ele mente 2 sind somit in bezug auf die Strö mung des Wärmeträgers parallel geschaltet. Jeder Schenkel der Elemente 2 besitzt eine Anschlussklemme 7. Die Anschlussklem- men der äussersten Schenkel sind mit den beiden elektrischen Leitern 8 und 9 verbun den.
Die übrigen Klemmen stellen die elek trische Verbindung der Elemente unter sich her, wozu die Klemmen je zweier benachbar ter Schenkel verschiedener Elemente durch einen Leiter 10 unter sieh verbunden sind. Durch diese Verbindung sind die Elemente 2 elektrisch in Reihe geschaltet. Eine nicht gezeichnete elektrische Energiequelle (z. B. ein Generator, eine Verteilleitung oder ein Transformator) dient zur Energiezufuhr in das Leitersystem 8, 9. Die Spannung zwi schen den zwei Leitern wird vorteilhaft unter 60 Volt gewählt, so dass keine beson deren elektrischen Isoliermassnahmen notwen dig werden.
Zur Beheizung der Speichermasse 1 wird durch die Leiter 8 und 9 den Rohren elek trische Energie zugeführt. Die dabei ent stehende Wärme strömt von den Rohrober flächen in die Speichermasse 1 ab. Die Spannung und damit die Stromstärke sind so zu wählen, dass die Wärmeerzeugung in den Rohren und die Wärmeabfuhr bei einer Rohr temperatur sich Gleichgewicht halten, bei der der Baustoff der Rohre noch nicht<B>en</B>ge- det ist. Zur Entnahme der Wärme aus der Spei chermasse wird durch die Leitung 4 ein Wärmeträger, z. B. eine Flüssigkeit oder ein Gas oder Luft, den einen Schenkeln der Rohrelemente 2 zugeführt.
In den Rohrele menten wird dieser Wärmeträger erhitzt. Eine Flüssigkeit kann dabei verdampft wer den. Nach der Wärmeaufnahme gelangt der Wärmeträger in die Sammelleitung 6, von wo er zu den nicht gezeichneten Verbrauchs@- stellen gelangen kann.
Bei dem in Mg. 2 dargestellten Rohr system sind zweierlei Rohrelemente 2 und 11 verwendet, wovon die Elemente 2 über die Leiter 8, 9 und 10 in Reihe geschaltet an eine nicht gezeichnete elektrische Strom quelle angeschlossen werden können. Die Ele mente 11 können dagegen nicht beheizt wer den. Je ein S'cbenkel der Rohrelemente 2 ist über ein elektrisch isolierendes Rohrstück 3 mit der Zufuhrverteilleitung 4 verbunden.
Der zweite Rohrschenkel schliesst über ein elektrisch isolierendes Rohrstück 5 und einen Bogen 13 an einen Schenkel der benachbar ten nicht geheizten Elemente 11 an. Der zweite .Schenkel der Elemente 11 ist mit der Abfuhrsammelleitung 6 verbunden.
Zur Heizung der in der Zeichnung nicht dargestellten Speichermasse wird den Rohr elementen 2 durch die Leiter 8 und 9 elek trische Energie zugeführt. Gleichzeitig wird auch durch die Leitung 4 ein Wärmeträger zugeführt, der durch die Leitung 6 wieder abströmen kann. Ein Teil der in den Roh ren 2 erzeugten Wärme gelangt von der Rohroberfläche in die Speichermasse. Ein anderer Teil wird an der Rohrinnenfläche des Elementes 2 vom Wärmeträger aufge nommen und im angeschlossenen Element 11 wieder abgegeben.
Diese Wärme strömt dann durch Mantel der Elemente 11 in die Spei chermasse ein. Es wird so der Vorteil er reicht, dass die als elektrischer Widerstand zur Wirkung kommenden Elemente 2 elek trisch ungefähr doppelt so stark belastet wer den dürfen, als wie wenn die Wärme nur von der Rohroberfläche nach der Speichermasse abgeführt würde.
Soll die gespeicherte Wärme der Spei chermasse entnommen werden, so wird wie bei der Aufheizung den Rohrelementen 2 und 11 durch die Leitung 4 ein Wärmeträger zugeführt, der durch die Leitung 6 wieder abströmen kann. Der Wärmeträger wird in diesem Fall in beiden Rohrelementen aufge heizt und verlässt das Rohrsystem durch die Leitung 6 mit einer höheren Temperatur, als wie er durch die Leitung 4 zugeführt wurde.
In einem nicht gezeichneten Wärmeaustau- scher kann die Wärme alsdann ausgenützt, zum Beispiel auf ein Heizmittel oder auf zu beheizendes Wasser übertragen werden.
Beim Speicher nach Fig. 3 sind eine Reihe von Rohrelementen verwendet, die in ring förmigen Gruppen 14-18 angeordnet sind (von denen jede Gruppe nur ungefähr zur Hälfte dargestellt ist). Jedes der beheizten Rohrelemente 2 und urbeheizten Rohrele mente 11 ist über einen Anschluss 19 mit einer Zufuhrleitung 4 und über einen An schluss 20 mit der Abfuhrleitung 6 verbun den.
Die Rohrelemente der Gruppen 14, 15, 16 sind unter sich durch Leiter 10 elektrisch verbunden, so dass sie in Hintereinander- sehaltung mittels der Leitungen 8 und 9 an eine Stromquelle angeschlossen werden kön nen. Die Rohrelemente 11 der Gruppen 17 und 18 sind urbeheizt und können lediglich an Zufuhr- und Abfuhrleitungen für einen flüssigen oder gasförmigen Wärmeträger angeschlossen werden.
Zur Speicherung von Wärme werden zu nächst die Rohrelemente 2 der Gruppe 14 an eine elektrische Stromquelle angeschlos sen. Hierdurch wird der Kern der Speicher masse erhitzt. Sobald sich in diesem Kern infolge der geringen Abwanderungsgeschwin digkeit der Wärme in der Speichermasse eine genügende Wärmemenge aufgestaut hat und damit die Temperatur auf ein bestimm tes Mass gestiegen ist, können auch die Rohr elemente 2 der Gruppe 15 hinzugeschaltet werden und, wenn notwendig, die Rohre der Gruppe 14 abgeschaltet werden. Hierdurch wird eine Hülle des bereits geheizten Kerns aufgeheizt.
Wenn auch in dieser Hülle die Temperatur genügend gestiegen ist, können scliliesslicli noch die Rohre 2 der Gruppe 16 zur Beheizung verwendet werden.
Zur Entnahme von Wärme wird umge kehrt vorgegangen. Zunächst wird durch die Rohre 11 der Gruppe 18 ein Wärmeträger geführt, welcher zunächst die aus dem gern r_# abwandernde Wärme auffängt. Alsdann wird mit der Wärmeentnahme weiter nach innen ge#chritten. Es werden dann auch die Rohre der Gruppe 17, dann der Gruppe 16 und so -eiter bis zuletzt. der Gruppe 14 zur Wärme entnahme herangezogen.
Sowohl bei der Ladung als auch bei der Entladung können zwei oder sogar mehrere Gruppen zeitweise oder immer gemeinsam für clen Wärmetransport in Betrieb stehen. Durch einen solchen Betrieb mit wandernden An- schlüssen ist es möglich, insbesondere auch hui grösseren Speichern die geringe Wa,nde- ilungsgeschwindi2keit der Wärme in solchen Speichermassen zu berücksichtigen, derart,
class die Wärme unter günstigen wirtschaft lichen Verhältnissen sowohl gespeichert als auch hernach wieder entnommen werden kann. Die Rohrelemente innerhalb der ein zelnen Gruppen könnten auch in Untergrup pen aufgeteilt oder vollständig in bezug auf clen N@Tärmeträger hintereinander geschaltet sein. Auch für die elektrische Schaltung las en sich beliebige Gruppierungen wählen, und zwar so, dass immer hinsichtlich der ge gebenen Heizspannung und der verlangten Heizleistung die Stromstärke richtig einge stellt werden kann.
Als Speichermasse werden mit besonde rem Vorteil gewachsener Erdboden, Kies, Sand, Lehm, Gestein oder auch künstlich aufgu #chüttete Böden, Ablagerungen usw. verwendet. Es könnten aber auch künstlich angelegte Speichermassen, z. B. Beton, pla stische Massen wie Lehm usw. oder sogar Flüssigkeiten wie Wasser und andere Stoffe @-erwendet -vverden. Als NVidersta.ndsmaterial für die Rohre kommen insbesondere legierte hoehliit.zebest.ändige Stähle, z.
B. Chrom- ,Stähle, Nickelstähle und Stähle mit andern Legierungsbestandteilen in Frage. Wird Wechselstrom von höherer Frequenz verwen det, so kann hierbei noch die Wirkung des Skineffektes verwendet werden, da die äussern Schichten des Rohrmantelquerschn.it- tes eine grössere, Stromdichte: aufweisen als die innern Schichten. Die Wärme wird somit in vermehrtem Mass in der Nähe dem wärme abgebenden Oberfläche erzeugt.
Zur Behei- zung des Speichers liesse sich ausser Wechsel strom. auch Gleichstrom verwenden. Die Rohrelemente können auch so in Gruppen geschaltet werden, dass zwei oder mehr beheizbare Elemente einer Anzahl un- beheizter Elemente vorgeschaltet sind. Die Elemente können unter sich in den Gruppen ebenso hintereinander oder zum Teil auch parallel geschaltet sein.
Es empfiehlt sich, in jeder Gruppe mehr unbeheizte alsi heizbare Elemente unterzubringen, da der Wärme abfluss aus den beheizten Rohrelementen an den Wärmeträger ein viel grösserer ist als von den Rohrelementen an die Speicher masse. Mindestens einige der heizbaren Ele mente einer Gruppe können abschaltbar aus gebildet sein, so dass sie aus dem elektri schen Heizstromkreis ausgeschaltet werden können. Es lässt sich auf diese Art nach Be darf der Widerstand des Stromkreises ver ändern, 6o dass auch die Heizleistung ent sprechend verändert werden kann.
Durch Hintereinan:derseha.ltung einer grösseren An zahl von Heizelementen würde zum Beispiel eine kleinere Heizleistung sich ergeben als bei Vemren.dung einer geringeren Anzahl hintereinander geschalteter Elemente. Die Form der Rohrelemente kann eine beliebige sein; sie könnte zum Beispiel auch wendelförmig gebogen sein. Ein besonderer Vorteil entsteht dann, wenn die beiden elek trischen Anschlüsse an den beiden Enden der Rohrelemente angeordnet sind, so dass für den Heizstromfluss an allen Stellen ein gleicher Querschnitt vorhanden ist.
Die Rohr enden mit den Anschlussklemmen werden zweckmässig ausserhalb der Speichermasse, also über dem Erdboden oder in besonders verlegten Kanälen angeordnet. Die Kabel und die Klemmen Massen sich auf diese Weise jederzeit überprüfen.
Heat storage with electric heating. I) The invention relates to a heat accumulator with electrical heating, which is characterized in that the pipes used to guide the heat transfer medium during the - '## @ coffin removal for introducing heat into the storage mass as electrical heating resistors to an electrical, , e.he energy source can be connected.
The tubes are expediently divided into elements, which are electrically connected in series, but connected in parallel with regard to the flow (b-s heat transfer medium. Such elements can consist of hairpin-like bent tubes.
It can also be connected to an electrical energy source: non-connectable pipes with non-connectable pipes sound in series in such a way that part of the heat to be stored by means of a heat transfer medium from the unconnected to the not connected pipes can be transported.
On the drawing is. 1 to 3 j (- an embodiment of the subject invention is shown in simplified form.
In the storage mass 1 of the accumulator after hig. 1 are a series of U-shaped tubes made up of elements \? housed. These tubes are connected with their one leg via electrically insulating pipe sections 3 to a supply distribution line 4 and via the electrically insulating intermediate pieces 5 to the. Disposal single line s' connected.
The lines 4 and 6 are used to supply and discharge a liquid or gaseous heat transfer medium. The ele ments 2 are thus connected in parallel with respect to the flow of the heat transfer medium. Each leg of the elements 2 has a connection terminal 7. The connection terminals of the outermost legs are connected to the two electrical conductors 8 and 9.
The other terminals make the elec trical connection of the elements among themselves, for which purpose the terminals of two adjacent legs of different elements are connected by a conductor 10 below. Through this connection, the elements 2 are electrically connected in series. An electrical energy source not shown (e.g. a generator, a distribution line or a transformer) is used to supply energy to the conductor system 8, 9. The voltage between the two conductors is advantageously chosen below 60 volts, so that no special electrical insulation measures are required become necessary.
To heat the storage mass 1, electrical energy is supplied to the tubes through the conductors 8 and 9. The resulting heat flows from the pipe surfaces into the storage mass 1. The voltage and thus the amperage must be selected in such a way that the heat generation in the pipes and the heat dissipation are in equilibrium at a pipe temperature at which the construction material of the pipes has not yet <B> en </B>. To remove the heat from the Spei chermasse, a heat transfer medium, z. B. a liquid or a gas or air is supplied to one of the legs of the tubular elements 2.
This heat transfer medium is heated in the Rohrele elements. A liquid can evaporate in the process. After the heat has been absorbed, the heat transfer medium reaches the collecting line 6, from where it can reach the consumption points (not shown).
In the pipe system shown in Mg. 2, two types of pipe elements 2 and 11 are used, of which the elements 2 connected in series via the conductors 8, 9 and 10 can be connected to an electrical power source, not shown. The ele ments 11, however, cannot be heated. One leg each of the pipe elements 2 is connected to the supply distribution line 4 via an electrically insulating pipe section 3.
The second pipe limb connects via an electrically insulating pipe section 5 and a bend 13 to a limb of the adjacent non-heated elements 11. The second leg of the elements 11 is connected to the discharge manifold 6.
To heat the storage mass, not shown in the drawing, the pipe elements 2 through the conductors 8 and 9 electrical energy is supplied. At the same time, a heat transfer medium is also supplied through line 4, which can flow out again through line 6. Part of the heat generated in the pipes 2 passes from the pipe surface into the storage mass. Another part is taken up on the inner pipe surface of the element 2 from the heat transfer medium and released again in the connected element 11.
This heat then flows through the jacket of the elements 11 into the storage mass. This gives the advantage that the elements 2 which act as electrical resistance are approximately twice as heavily loaded as if the heat were only dissipated from the pipe surface to the storage mass.
If the stored heat is to be removed from the storage mass, a heat transfer medium is fed to the pipe elements 2 and 11 through the line 4, as during the heating, and can flow off again through the line 6. In this case, the heat transfer medium is heated up in both pipe elements and leaves the pipe system through line 6 at a higher temperature than was supplied through line 4.
In a heat exchanger, not shown, the heat can then be used, for example transferred to a heating medium or to water to be heated.
In the memory of Fig. 3, a number of tubular elements are used, which are arranged in ring-shaped groups 14-18 (of which each group is shown only approximately half). Each of the heated tubular elements 2 and preheated tubular elements 11 is connected via a connection 19 to a supply line 4 and via a connection 20 to the discharge line 6.
The pipe elements of groups 14, 15, 16 are electrically connected to one another by conductors 10 so that they can be connected to a power source in series by means of lines 8 and 9. The pipe elements 11 of the groups 17 and 18 are preheated and can only be connected to supply and discharge lines for a liquid or gaseous heat carrier.
To store heat, the pipe elements 2 of the group 14 are ruled out to an electrical power source next. This heats the core of the storage mass. As soon as a sufficient amount of heat has accumulated in this core due to the low speed of the heat in the storage mass and thus the temperature has risen to a certain level, the pipe elements 2 of group 15 can also be switched on and, if necessary, the pipes of group 14 can be switched off. As a result, a shell of the already heated core is heated.
If the temperature in this envelope has also risen sufficiently, the tubes 2 of group 16 can also be used for heating.
The reverse procedure is used to remove heat. First of all, a heat transfer medium is passed through the pipes 11 of group 18, which first of all collects the heat migrating from the r_ #. Then it goes further inwards with the extraction of heat. Then the pipes of group 17, then group 16 and so on until the end. the group 14 used to extract heat.
During both charging and discharging, two or even more groups can temporarily or always work together for heat transport. Such an operation with moving connections makes it possible to take into account the low rate of change of the heat in such storage masses, in particular even for larger storage units, such as
class the heat can both be stored and then withdrawn again under favorable economic conditions. The pipe elements within the individual groups could also be divided into subgroups or completely connected in series with respect to the heat carriers. Any groupings can also be selected for the electrical circuit in such a way that the current intensity can always be set correctly with regard to the given heating voltage and the required heating power.
Grown soil, gravel, sand, loam, rock or also artificially poured soils, deposits, etc. are used as storage mass with particular advantage. But it could also be artificially created storage masses such. B. concrete, pla tical masses such as clay, etc. or even liquids such as water and other substances @ -erwendet -vverden. Alloyed, hollow-resistant steels, e.g.
B. chrome, steels, nickel steels and steels with other alloy components in question. If alternating current of a higher frequency is used, the effect of the skin effect can still be used, since the outer layers of the pipe jacket cross-section have a greater current density than the inner layers. The heat is thus generated to a greater extent in the vicinity of the heat-emitting surface.
In addition to alternating current, it would be possible to heat the storage tank. also use direct current. The pipe elements can also be connected in groups in such a way that two or more heatable elements are connected upstream of a number of unheated elements. The elements can also be connected one behind the other in the groups or partly also in parallel.
It is advisable to accommodate more unheated than heatable elements in each group, as the heat flow from the heated pipe elements to the heat transfer medium is much greater than from the pipe elements to the storage mass. At least some of the heatable elements of a group can be configured to be switched off so that they can be switched off from the electrical heating circuit. In this way, the resistance of the circuit can be changed as required, so that the heating output can also be changed accordingly.
If a larger number of heating elements were arranged one behind the other, for example, a lower heating output would result than if a smaller number of elements connected in series were used. The shape of the tubular members can be any; it could, for example, also be bent in a helical shape. A particular advantage arises when the two electrical connections are arranged at the two ends of the pipe elements so that the same cross section is available at all points for the flow of heating current.
The pipe ends with the connection terminals are expediently arranged outside the storage mass, that is to say above the ground or in specially laid channels. Check the cables and clamps grounds yourself this way at all times.