CH344543A - Verfahren zur Erwärmung von Flüssigkeiten, insbesondere Wasser für Heizungs- oder Gebrauchszwecke, mittels Speicherwärme und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

  Verfahren zur Erwärmung von     Flüssigkeiten,    insbesondere Wasser für     Heizungs-    oder  Gebrauchszwecke, mittels Speicherwärme und Vorrichtung zur     Durchführung    des Verfahrens    Die bei der Speicherung von Energien, insbeson  dere von elektrischer Energie auftretenden Probleme  sind seit langem bekannt. Es wurden elektrisch be  heizte Speicheröfen entwickelt, welche mittels billigem  Nachtstrom aufgeheizt werden und die gespeicherte       Wärme    während des Tages zur Raumerwärmung ab  geben. Ferner sind elektrische Warmwasserspeicher  bekannt, durch welche mittels billigem Nachtstrom  Warmwasser erzeugt wird, das dann tagsüber ver  braucht werden kann.  



  Die elektrischen Speicheröfen sind infolge der  für die Speicherung einer ausreichenden Wärmemenge  notwendigen Speichermasse räumlich aufwendig und  gewichtsmässig schwer, so dass sich bei der Auf  stellung solcher Öfen infolge der grossen Boden  belastung Schwierigkeiten ergeben. Ein weiterer  Nachteil ist, dass je nach der Grösse des Raumes ein  oder mehrere Speicheröfen aufgestellt werden müssen.  Die aus den Speicheröfen austretende Luft ist hoch  erhitzt und trocken. Sie wird daher von vielen Men  schen als gesundheitlich nachteilig empfunden.  



  Bei den elektrischen     Warmwasserspeichern    be  steht der Nachteil, dass in diesen nur eine sehr kleine  Energiemenge speicherbar ist, da das Wasser meist  nur auf 80-90  C erhitzt werden kann. Der Inhalt  solcher Warmwasserspeicher ist ausserdem aus bau  lichen Gründen und wegen der Aufstellung der Boiler  sehr beschränkt; er reicht bei den üblichen Boilern  für haustechnische Zwecke meist nur für ein Bad aus.  Will man grössere elektrische Energiemengen spei  chern, so müssen die Boiler in besonderen Räumen  z. B. im Keller aufgestellt werden. Solche Anlagen  sind aber sehr teuer und für übliche Wohnraumver  hältnisse ungeeignet. Ein weiterer sehr erheblicher  Nachteil der bekannten Speichervorrichtungen, ins-    besondere der Warmwasserspeicher ist, dass nur eine  zuvor festgelegte Temperaturbestimmung möglich ist.  



  Bei dem erfindungsgemässen Verfahren zur Er  wärmung von Flüssigkeiten, insbesondere Wasser  für Heizungszwecke oder für den     Warmwasserge-          brauch,    lassen sich die oben     erwähnten    Nachteile ver  meiden. Nach dem     erfindungsgemässen    Verfahren  lässt sich beispielsweise die in einem bis zu 800  C  hocherhitzten     Wärmespeicherofen    gespeicherte Wärme  zur Erwärmung von Wasser für     Heizungs-    oder Ge  brauchszwecke verwenden, ohne dass dabei plötzliche  Verdampfung und damit die Gefahr von Explosionen  gegeben sind.

   Die Erwärmung des Wassers lässt sich  ferner mit einfachsten Mitteln beliebig regeln, so dass  nach Wahl heisses oder kälteres Wasser für den Warm  wasserverbrauch oder für die Heizungsanlage zur  Verfügung steht.  



  Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur  Erwärmung von Flüssigkeiten mittels in einer Spei  chervorrichtung gespeicherter, von     überschussenergie     erzeugter     Wärme,    das sich dadurch kennzeichnet,  dass ein in geschlossenem Kreislauf umlaufendes gas  förmiges Medium als Wärmeträger die     Wärme    von  dem Wärmespeicher     abführt    und einem von der zu  erwärmenden     Flüssigkeit    durchströmten     Wärineaus-          tauscher    überträgt. Als Wärmeträger kann Luft oder  ein anderes gasförmiges Medium, z. B. Quecksilber  dampf, verwendet werden.  



  Ferner ist Gegenstand der Erfindung eine Vor  richtung zur Durchführung des Verfahrens, die da  durch gekennzeichnet ist, dass sie einen mit Nacht  strom beheizten elektrischen     Wärmespeicherofen    mit  einer     Wärmespeichermasse.besitzt,    der mit Eintritts  und     Austrittsöffnungen    für das umlaufende gasför  mige     Wärmeträgermedium    versehen ist, und dass in      den Kreislauf des Wärmeträgers ein von der zu er  wärmenden Flüssigkeit durchströmter     Wärmeaus-          tauscher    eingeschlossen ist.  



  Um zu erreichen, dass auch der Wärmeübergang  dem     jeweiligen    Bedarf entsprechend regelbar ist, das  heisst, um die Temperatur z. B. des     Heizungs-    oder  Gebrauchswassers beliebig regeln zu können, kann  in den Kreislauf des Wärmeträgers ein regelbares     För-          dermittel,    beispielsweise eine Pumpe oder ein Ven  tilator, eingebaut sein, das eine beschleunigte     Um-          wälzung    des gasförmigen Wärmeträgers entsprechend  der gewünschten Temperatur des zu erwärmenden  Wassers ermöglicht.

   Die Förderungseinrichtung kann  dabei in Abhängigkeit von einstellbaren Wärme  reglern oder     Temperaturmessorganen,    die an der  Heizungsanlage oder an den Entnahmestellen für das  Gebrauchswasser angeordnet sind, selbsttätig ge  steuert werden.  



  Beim erfindungsgemässen Verfahren wird die       Speicherwärme    vorzugsweise mittels des billigen elek  trischen Nachtstromes erzeugt. In diesem Falle ist ein       Wärmespeicherofen    mit elektrischen Widerständen  vorgesehen, in dem als     Wärmespeichermasse    Stoffe  mit grossem     Wärmespeicherungsvermögen    eingebaut  sind. Als     Wärmespeicherstoffe    sind Metalle, Steine,       Metallegierungen    oder Salze mit hoher Schmelz- oder       Kristallisationswärme    besonders geeignet. Diese Stoffe  können infolge ihrer     Erhitzungsmöglichkeit    auf hohe  Temperaturen auf verhältnismässig geringem Raum  grosse Wärmemengen aufnehmen.

   Bei     Salzen    mit  hoher Schmelz- und     Kristallisationswärme    wird durch  physikalische bzw. chemische Umwandlungen noch  eine zusätzliche Wärmemenge gespeichert, so dass  diese Stoffe besonders grosse Wärmemengen über  lange Zeit speichern können. Bei geeigneter Wahl  der     Wärmespeichermasse    können mit dem erfindungs  gemässen Verfahren auch andere überschüssige  Wärmeenergien gespeichert und je nach Bedarf wieder  nutzbar gemacht werden.  



  Der Erfindungsgegenstand soll anhand der Zeich  nungen an Beispielen     erläutert    werden:       Fig.    1 zeigt in schematischer Darstellung eine  Vorrichtung zum Betrieb einer     Zentralheizungsanlage.          Fig.    2 ist eine Draufsicht auf den Wärmespeicher  ofen nach     Fig.    1 bei abgenommenem Oberteil.  



       Fig.    3 zeigt eine andere Vorrichtung für den Be  trieb einer Zentralheizungsanlage.  



       Fig.    4 ist ein Beispiel für die erfindungsgemässe  Vorrichtung zur Erzeugung von warmem Gebrauchs  wasser.  



  In den Figuren ist der Wärmespeicher, der in den       Ausführungsbeispielen    als elektrischer     Wärmespei-          cherofen    dargestellt ist, mit 1 bezeichnet. Er be  steht aus einer Anzahl elektrischer Heizelemente 2,  die in die     Wärmespeichermasse    von grossem Wärme  speichervermögen eingebettet sind. Als geeignete  Speichermasse können Stoffe verwendet werden, bei  denen ausser der spezifischen Wärme auch die  Schmelzwärme oder jene Wärmeenergien zur Wärme  speicherung nutzbar gemacht werden, die bei der Auf-    Lösung von Mischkristallen infolge Erhitzung aufge  nommen und bei der Rückkristallisation infolge Ab  kühlung frei werden.

   Es sind dies gewisse     Salze,    Me  talle oder Metallegierungen, beispielsweise     Natrium-          Acetat    oder eine bestimmte Legierung aus Aluminium  und Zink. Bei Verwendung solcher Materialien als       Speichermasse    kann der Speicherofen sehr grosse  Wärmemengen speichern, wobei er Temperaturen  von etwa 700-900  C einnehmen kann. Zur Ver  meidung von Wärmeverlusten ist der elektrische Spei  cherofen mit einer Isolierschicht 6 umgeben.  



  Nach der Erfindung wird die in dem hocherhitz  ten Speicherofen 1 gespeicherte Wärme mittels eines  gasförmigen Wärmeträgers, beispielsweise atmosphäri  scher Luft, auf die zu erwärmende Flüssigkeit über  tragen. Dieser Wärmeträger wird im geschlossenen  Kreislauf geführt. In     Fig.    1 besitzt das Kanalsystem  für den Umlauf des Wärmeträgers die Rohrteile 3  und 3'. Das Zuleitungsrohr 3' wird zweckmässig unten  in den     Wärmespeicherofen    eingeführt, das Ableitungs  rohr 3 ist im obern Teil des Ofens angeschlossen,  um die natürliche Wärmeströmung der im Ofen er  hitzten Luft auszunützen.

   Es ist vorteilhaft, in der  Speichermasse     zahlreiche    Kanäle vorzusehen, durch  welche die zu erwärmende Luft in Teilströmen geführt  wird und so durch innige     Berührung    mit der Wärme  speichermasse die Wärme rasch aufnehmen kann.  



  Mittels des Gebläses 4 oder einer Pumpe, die in  den Kreislauf des Wärmeträgers zweckmässig hinter  dem     Wärmeaustauscher    5 eingebaut ist, kann die  umlaufende Luftmenge entsprechend dem Wärme  bedarf geregelt werden. Diese Regelung des Gebläses  kann von einstellbaren Thermostaten, die in die Ver  brauchsstellen eingebaut sind, gesteuert sein. Die im  Kreislauf umlaufende Luft tritt nach ihrer Erwärmung  in den     Wärmeaustauscher    S ein. Dieser     Wärmeaus-          tauscher    ist verschieden je nach den besonderen Ver  hältnissen aufgebaut.

   Im Ausführungsbeispiel gemäss       Fig.    1 besteht der     Wärmeaustauscher    aus einem Be  hälter, durch welchen der gasförmige Wärmeträger in  freiem oder mittels Leitblechen geführtem Strom  geleitet wird. In dem Strömungsquerschnitt der er  hitzten Luft ist bei dem     Austauscher    nach     Fig.    1 eine  Rohrschlange 7 mit oder ohne Lamellen oder der  gleichen Mittel zur Erhöhung des Wärmeüberganges  angeordnet. Die erhitzte Luft gibt in dem     Wärmeaus-          tauscher    5 ihre Wärme über die Rohrschlange 7 an  das durch die Rohrschlange 7 gegebenenfalls im Ge  genstrom zu der heissen Luft fliessende Wasser ab.

   Die  abgekühlte Luft wird von dem Gebläse 4 abgesaugt  und wieder dem Speicherofen 1 zugeführt. Das im       Wärmeaustauscher    5 erwärmte Wasser wird über das  Leitungsrohr 8 den     Zentralheizungsradiatoren    10  durch natürlichen Wärmeauftrieb zugeleitet, kühlt  sich in den Heizungskörpern 10 ab und fliesst über  den Rücklauf 11. zum     Wärmeaustauscher    5 zurück.  Mit 12 ist das in Zentralheizungsanlagen übliche Ex  pansionsgefäss bezeichnet. Damit die Wärmezufuhr  zu den Heizradiatoren geregelt werden kann, ist ein  Temperaturregler 9 eingebaut, welcher das Gebläse      oder die Pumpe 4 je nach Bedarf ein- oder ausschaltet.  Anstelle des Reglers 9 kann auch ein Raumtempera  turregler verwendet werden.

   Für eine Feinregulierung  - hauptsächlich für die     übergangsheizperioden    Früh  jahr und Herbst - ist die Drosselklappe 12 in der       Zufuhrleitung    3' vorgesehen.  



  In     Fig.3    ist eine andere Ausführungsart des       Wärmeaustauschers    dargestellt. Bei der in dieser  Figur abgebildeten Vorrichtung wird die den Wärme  akkumulator 1 verlassende Heissluft in ein Rohr  system 13 geleitet, welches sich in einem mit Wasser  gefüllten Behälter 14 befindet. Die Wärmeübertra  gung erfolgt hier über das von Heissluft erwärmte  Rohrsystem 13, das beliebig in dem Behälter 14 ge  führt sein kann, direkt an das Wasser im Behälter 14.  Das im     Wärmeaustauscher    erwärmte Wasser steigt  im Rohr 15 hoch und erwärmt die Heizradiatoren 10  und fliesst dann über das Rohr 11 in den     Austauscher     zurück.

   Für eine Temperaturregelung ist der Regler  16 vorgesehen, welcher den Ventilator oder die  Pumpe 17 je nach Bedarf ein- und ausschaltet. Für  Feinregulierung dient ebenfalls die Drosselklappe 12.  



       Fig.4        zeigt    schematisch eine Ausführungsmög  lichkeit der Vorrichtung zur Erwärmung von Ge  brauchswasser mittels eines     Nachtstrom-Wärmespei-          cherofens.    Die Vorrichtung     stimmt    in     wesentlichen     Teilen mit der gemäss     Fig.    3 überein, da auch hier der       Wärmeaustauscher    aus einem Behälter 18 besteht,  durch welchen die     Heizrohrschlange    19 geführt ist. Der  Behälter ist isoliert ausgeführt, da er eine grosse Menge  warmes Wasser speichern soll.

   Die Anlage kann aber  auch so ausgestaltet sein, dass das warme Gebrauchs  wasser im     Durchlaufprinzip    erwärmt wird, oder dass  zusätzliche Einrichtungen für eine Erhitzung des  Wassers nach dem     Durchlaufprinzip    vorgesehen sind.  Das Kaltwasser fliesst durch die Leitung 20 dem  Warmwasserbehälter zu, wird dort erwärmt und kann  durch das Ablaufrohr 21 über     Warmwasserzapfstellen     22 entnommen werden. Es ist ebenfalls ein Tem  peraturregler 16 im Behälter vorgesehen, der mit dem  Gebläse 17 gekuppelt sein kann.

   Wenn beispielsweise  der     Wärmespeicherofen    mit Gebläse und     Wärmeaus-          tauscher    zu einer baulichen Einheit     vereinigt    sind, so  können auch Einrichtungen vorgesehen sein, um einen       zusätzlichen    Teil der Wärme des Speicherofens auch  durch Wärmeleitung auf den     Austauscher    oder un  mittelbar an die zu erwärmende Flüssigkeit zu über  tragen. Dabei können die     Vorrichtungsteile,    die die  Wärme unmittelbar durch Leitung übertragen, als  zu- und abschaltbare     Wärmeleitbrücken    ausgestaltet  sein, die dem Bedarf entsprechend verwendet werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH 1 Verfahren zur Erwärmung von Flüssigkeiten, ins besondere Wasser für Heizungs- oder Gebrauchs zwecke, mittels in einer Speichervorrichtung gespei cherter Wärme, die durch überschüssige Energie er zeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein in ge schlossenem Kreislauf umlaufendes gasförmiges Me dium als Wärmeträger die Wärme von dem Wärme- Speicher abführt und an einen von der zu erwärmen den Flüssigkeit durchströmten Wärmeaustauscher überträgt. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass als gasförmiges Medium Luft verwendet wird, die durch ein Fördermittel im Zwangsumlauf bewegt wird, derart, dass die in der Zeiteinheit umgewälzte Menge des Wärmeträgers steuerbar ist. 2. Verfahren nach Patentanspruch I und nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlaufgeschwindigkeit des gasförmigen Wärme trägers durch Wärmeregler gesteuert wird, die einer Heizungs- oder Gebrauchswasseranlage zugeordnet sind. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch I und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das umlaufende gasförmige Medium zur Er höhung und Beschleunigung des Wärmeüberganges in einzelnen Teilströmen durch den Wärmespeicher ge leitet wird. PATENTANSPRUCH II Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen mit Nachtstrom beheizten elektrischen Wärmespeicherofen mit einer Wärmespeichermasse besitzt, der mit Eintritts- und Austrittsöffnungen für das umlaufende gasförmige Wärmeträgermedium ver sehen ist,

   und dass in den Kreislauf des Wärme trägers ein von der zu erwärmenden Flüssigkeit durch- strömter Wärmeaustauscher eingeschlossen ist. UNTERANSPROCHE 4. Vorrichtung nach Patentanspruch Il, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmespeichermasse Me talle, Metallegierungen und bzw. oder Salze vorge sehen sind und deren Schmelz- oder Kristallisations- wärme zur Wärmespeicherung ausgenutzt wird. 5.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch Qekennzeichnet, dass der Wärmespeicherofen mit zahlreichen Kanälen für die Durchführung des gas förmigen Wärmeträgers ausgerüstet und mit einer Isolationsschicht umkleidet ist. 6. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauscher dem Wärmespeicherofen unmittelbar nachgeschaltet ist. 7. Vorrichtung nach Patentanspruch II und Un teranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauscher mit dem Wärmespeicherofen zu einer baulichen Einheit vereinigt ist. B.

   Vorrichtung nach Patentanspruch 1I und Un teranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauscher aus einem Behälter besteht, durch den der gasförmige Wärmeträger hindurchgeleitet wird, und dass in diesem Behälter ein die zu erwär mende Flüssigkeit führendes Rohrsystem angeord net ist. 9. Vorrichtung nach Patentanspruch I1 und Un teranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauscher aus einem von der zu erwärmen den Flüssigkeit durchströmten Behälter besteht, wel cher von Rohren, in denen der gasförmige Wärme träger geführt wird, durchsetzt ist. 10.

   Vorrichtung nach Patentanspruch 11 und den Unteransprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zu erwärmende Flüssigkeit und der gasför mige Wärmeträger im Gegenstrom zueinander geführt sind. 11. Vorrichtung nach Patentanspruch 11 und den Unteransprüchen 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauscher bzw. Teile von ihm mit Mitteln, wie Lamellen, zur Erhöhung des Wärme überganges ausgestattet sind. 12.

   Vorrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauscher aus einem Doppelmantelbehälter besteht und der gasför mige Wärmeträger durch den innern oder auch äussern Behälterraum durchgeleitet wird, wobei der innere oder äussere Behälter mit Wärmeleitblechen ausgestattet ist. 13. Vorrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicherofen mit Wärmeaustauscher und dem Fördermittel für den gasförmigen Wärmeträger zu einer baulichen Ein heit vereinigt sind.