DE1454256B2 - Verwendung von ferrophosphor zur herstellung von speicher kernen fuer waermespeicher und waermeaustauscher - Google Patents
Verwendung von ferrophosphor zur herstellung von speicher kernen fuer waermespeicher und waermeaustauscherInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung von Ferrophosphor technischer Reinheit zur Herstellung von
Speicherkernen für Wärmespeicher und Wärmeaustauscher, die Durchtrittskanäle für den zu erwärmenden
Wärmeträger bzw. das Wärmemedium enthalten.
Es ist oft erwünscht, Wärme in einem geeigneten Wärmespeicher zu speichern, besonders dann, wenn
von einer veränderlichen Wärmequelle eine gleichmäßige Heizwirkung erzielt werden soll. Insbesondere
besteht ein Bedürfnis, elektrische Energie zu nutzen, wenn sie außerhalb der Spitzenperioden zu billigem
Preis geliefert wird, indem während dieser Zeiträume die elektrische Energie in Wärme umgewandelt wird,
die gespeichert und später verwendet werden kann. Derartige Speicherheizkörper ergeben nicht nur eine
Kostenersparnis bei der Haushalts- und Industrieheizung, sondern auch eine Verminderung der Gefahr,
daß elektrische Leitungen während der Zeit ungewöhnlich hohen Bedarfes überlastet werden. Wärmespeicherkerne
sind auch für Wärmetauscher von Bedeutung, die abwechselnd mit heißen und kalten Medien in
Berührung gebracht werden.
Bisher sind mannigfaltige Arten von Wärmespeicherkernen vorgeschlagen worden, die jedoch nicht
ganz zufriedenstellen. Beispielsweise sind aus Materialien, wie feuerfesten Steinen, Eisen und Chrommagnesit
hergestellte Speicherkerne bekannt. Es ist auch vorgeschlagen worden, den verhältnismäßig niedrigen
Wirkungsgrad derartiger Wärmespeicherkerne dadurch zu erhöhen, daß ein Material verwendet wird,
das eine Phasenänderung bei einer bestimmten Temperatur erfährt. Derartige Wärmespeicher haben den
Nachteil, daß sie nur bei bestimmten Temperaturen mit maximalem Wirkungsgrad zur Wärmespeicherung
verwendbar sind und daß es sich bei den meisten dieser Materialien als schwierig oder unmöglich erwiesen
hat, hitzefeste, in sich tragfähige Kerne herzustellen, wie es für viele Zwecke erforderlich ist. Darüber hinaus
sind manche der vorgeschlagenen Materialien, beispielsweise Natriumhydroxyd, in hohem Maße korrosionsanfällig
und stellen eine Gefahr im Haus dar. Es hat sich nun gezeigt, daß Wärmespeicher von
weitgehend verbessertem Wirkungsgrad erzielbar sind, wenn zur Herstellung der Speicherkerne Ferrophosphor
verwendet wird.
Bei einem elektrischen Speicherheizkörper, bei dem zur Herstellung des Speicherkerns erfindungsgemäß
Ferrophosphor technischer Reinheit verwendet wurde, ist die Vorrichtung zur Zuführung von Wärme zu der
■5 Ferrophosphormasse ein elektrisches Heizelement.
Bei einem regenerationsfähigen Wärmetauscher ist in dem aus Ferrophosphor bestehenden Speicherkern
eine Einrichtung zum Hindurchführen von Medien. Eine vorzugsweise für die Erhitzung von Medien verwendbare
Ausführungsform weist folgende Teile auf: Einen aus Ferrophosphor bestehenden Speicherkern,
der ausgestattet ist (a) mit einer Einrichtung zum Einführen eines Mediums in das Innere und (b) mit einem
elektrischen Widerstand, der den Durchgang eines elektrischen Stromes gestattet und von der Ferrophosphormasse
zwar elektrisch, nicht jedoch wärmedämmend isoliert ist. In der vorliegenden Beschreibung bezeichnet
»Ferrophosphor technischer Reinheit« ein Material, das im wesentlichen aus Eisen und Phosphor
besteht und als Nebenprodukt des elektrischen Reduktionsverfahrens bei der Phosphorherstellung
anfällt.
Erfindungsgemäß unter Verwendung von Ferrophosphor hergestellte Wärmespeicher zeichnen sich
durch einen über einen weiten Bereich von Temperaturen verbesserten Wirkungsgrad aus und gestatten
die Anwendung in einem weiten Bereich von Anwendungsfällen. Ferrophosphor besitzt eine unerwartet
hohe Wärmekapazität sowie eine für ein verhältnismäßig hitzebeständiges Material ungewöhnlich hohe
Wärmeleitfähigkeit. Dies ermöglicht es, große Wärmemengen schnell in die Ferrophosphormasse einzuführen
und sie in dieser zu speichern. Beispielsweise wurde ermittelt, daß die Wärmekapazität, bezogen auf das
Einheitsvolumen, für Ferrophosphor 1,27 Kalorien je Kubikzentimeter und je 0°C beträgt. Der entsprechende
Wert für Chrommagnesit beträgt 0,784, für Eisen 0,92 und für feuerfeste Steine 0,528. Wenn
irgendeines dieser Materialien in der Form von Pulver oder Körnern verwendet wird, so ändert sich die
Wärmekapazität je Volumeneinheit entsprechend die- - ser Form.
Die Wärmespeicher bzw. die Wärmeaustauscher mit dem erfindungsgemäß für den Speicherkern verwendeten
Ferrophosphor sind fast doppelt so wirksam wie die mit Magnesit gemäß der deutschen Patentschrift
865 356 hergestellten, wie sich aus der folgenden Tabelle ergibt.
kg/m3 | Wärmekapazität | Wärmekapazität | Verwendbarer Temperaturbereich |
Wärmekapazität pro Raumeinheit über den |
|
6,392 - | pro Gewichtseinheit | pro Raumeinheit | für die elektrische | verwendbaren | |
5,799 | Wärmespeicherung | Temperaturbereich | |||
kcal/kg 0C | kcal/m3 °C | 0C | kcal/dm3 | ||
Ferrophosphor, gegossen ... | 0,155 | 989,85 | 54 bis 749 | 687,08 | |
Ferrophosphor, gepulvert .. | 0,155 | 898,55 | 66 bis 732 | 598,97 | |
Fortsetzung
Dichte
kg/m3
Wärmekapazität pro Gewichtseinheit
kcal/kg 0C Wärmekapazität
pro Raumeinheit -
pro Raumeinheit -
kcal/m3 0C
Verwendbarer
Temperaturbereich
für die elektrische
Wärmespeicherung
Temperaturbereich
für die elektrische
Wärmespeicherung
Wärmekapazität
pro Raumeinheit
pro Raumeinheit
über den
verwendbaren
Temperaturbereich
kcal/dm3
Ferrophosphorstein mit
feuerfestem Ton
Schamottestein
Magnesit
5,399
2,195
2,804
2,195
2,804
0,172 0,240 0,260
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Ferrophosphor gegenüber den bisher für die Wärmespeicherung
verwendeten Materialien besteht darin, daß Ferrophosphor sich ohne weiteres zu Blöcken vergießen
läßt, die für den Bau kräftiger, in sich tragfähiger hitzebeständiger Kerne geeignet sind, die mit Kanälen
für den Durchtritt von Medien oder für das Einführen von elektrischen Heizelementen versehen sein
können. Es hat sich gezeigt, daß derartige gegossene Blöcke aus Ferrophosphor eine Druckfestigkeit von
210 kg/cm2 haberi. Blöcke von noch größerer Festigkeit können durch Sintern von körnigem Ferrophosphor
bei mäßigen Temperaturen und unter Druck, vorzugsweise in Gegenwart eines Formaldehyd-Mischpolymerisates
(beispielsweise Phenolformaldehyd- oder Harnstofformaldehydharzen) oder durch Mischen von
Ferrophosphor mit gebranntem Ton und Brennen der so entstandenen Masse bei einer Temperatur von nicht
über 12000C hergestellt werden.
Es kann aber auch ein Behälter lose gefüllt sein mit körnigem Ferrophosphor. In diesem Fall wird der
Ferrophosphor vorzugsweise in drei Korngrößen sortiert und, mit der größten Korngröße beginnend, lageweise
geschichtet. Während des Einfüllens der kleineren Korngrößen sollte der Behälter sanft gerüttelt
werden. Auf diese Weise kann eine maximale Füll- oder Packdichte erzielt werden.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung des Ferrophosphors liegt darin, daß dieser nicht korrosionsanfällig
ist. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn blechverkleidete Heizelemente mit dem Ferrophosphor
in Berührung sind. Es hat sich gezeigt, daß Ferrophosphor eine spezifische korrosionshindernde Wirkung
ausübt.
In der Zeichnung sind einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.
F i g. 1 und 2 sind perspektivische Darstellungen zur Veranschaulichung der Art und Weise, in der
Wärmespeicherkerne aus zwei Arten von gegossenen Ferrophosphorblöcken aufgebaut sein können. Bei
F i g. 1 können durch die Löcher 1 Heizelemente eingesetzt werden.
Nach F i g. 2 sind in den Löchern 11 Heizelemente
eingesetzt. Die größeren Löcher 12 sind Kanäle, durch die Luft hindurchgeführt werden kann, beispielsweise
mittels eines Gebläses, wenn der Speicher ein Teil eines Raumheizkörpers ist.
F i g. 3 und 4 sind eine Stirn- und eine Seitenansicht eines elektrischen Speicherheizkörpers unter Verwendung
von körnigem oder gepulvertem Ferrophosphor. Dieser Speicherheizkorper weist ein Gehäuse 21 aus
kohlenstoffarmem (niedriggekohltem) Stahl auf, das einen gekörnten Ferrophosphor 22 enthält und auf
feuerfesten Auflagern 23 ruht und das seinerseits in 928,96
526,96
526,96
728,77
66 bis 743
99 bis 699
99 bis 699
99 bis 699
99 bis 699
630,12
315,95
436,99
315,95
436,99
zwei äquidistant angeordneten Gehäusen 24 und 25 aus kohlenstoffarmem Stahl angeordnet ist, die durch
eine Schicht 26 aus feinverteilter Kieselerde oder Kalzium-Aluminium-Silikat getrennt sind. Die Gehäuse 21
und 24 sind durch einen Luftraum 27 voneinander getrennt. Durch das Gehäuse 21 sind Stahlrohre 28
hindurchgeführt, die Heizelemente 29 tragen. Die Entlüftungslöcher 30 und 31 können an ein Luftumwälzsystem
angeschlossen sein. Der Ferrophosphor 22 kann beispielsweise zu 64 Gewichtsprozent aus einer
Korngröße, die von einem Sieb mit lichter Maschenweite 3,353 mm und zu 25 Gewichtsprozent aus einer
Korngröße, die von einem Sieb mit lichter Maschenweite 0,599 mm zurückgehalten wird, und zu 11 Gewichtsprozent
aus einer Korngröße, die durch ein Sieb mit lichter Maschenweite 0,076 mm hindurchgeht,
bestehen.
F i g. 5 ist eine Seitenansicht eines Wärmespeichers zum Beheizen eines Wasserumwälzsystems, für dessen
Speicherkern erfindungsgemäß Ferrophosphor verwendet wurde. Er besteht aus äquidistanten Stahlgehäusen
41 und 42. Der Zwischenraum 43 zwischen den Gehäusen 41 und 42 ist mittels eines geeigneten
Isoliermaterials, vorzugsweise eines Isoliermaterials mit Kehrwertcharakteristik, ausgefüllt. Der Raum 44
innerhalb des Gehäuses 41 ist mit körnigem Ferrophosphor ausgefüllt. Innerhalb des Gehäuses 41 zirkuliert
Wasser durch ein Kupferrohr 45, und dieses Wasser wird durch die verkleideten elektrischen Heizelemente
46 beheizt.
F i g. 6 zeigt eine im Fußboden eingebaute Heizanlage, für die erfindungsgemäß Ferrophosphor verwendet
wurde und die aus einer Schicht Fußbodenmaterials, beispielsweise Beton oder Asphalt, besteht.
Die Lage 52 kann aus körnigem Ferrophosphor oder aus gegossenen Ferrophosphorfliesen und einem Baubetonfußboden
53 bestehen, in dem ein elektrisches Heizelement 54 untergebracht ist.
F i g. 7 ■ zeigt schematisch einen typischen elektrischen Stromkreis zur Verwendung mit einem Haushaltsspeicherheizkörper
der in F i g. 3 und 4 dargestellten Art. Der dem Heizkörper 61 zugelieferte Strom ist mittels eines Zeitschalters 62 und eines
Wärmerelais 63, das in die Ferrophosphormasse eingebettet ist, schaltbar. Durch den Heizkörper wird
mittels eines Gebläses 64 Luft eingeblasen, und die Stromzufuhr zu dem Gebläse ist mittels zweier Wärmerelais
65 und 66 schaltbar, deren eines in dem zu beheizenden Raum angeordnet ist und deren anderes,
das zum Ausschalten des Stromkreises bei einer höheren Temperatur eingerichtet ist, in dem den Heizkörper
verlassenden Luftstrom angeordnet ist. Die Zufuhr von erhitzter Luft zum Raum ist ferner mittels
einer Klappe 67 regelbar, die von einer Magnet-
spule 68 gesteuert ist, deren Stromzufuhr durch ein in dem Luftstrom hinter der Klappe 67 angeordnetes
Wärmerelais 69 hindurchgeht. ■
Die Wärmespeicher unter Verwendung von Ferrophosphor gemäß der Erfindung sind auch in Verbindung
mit Brennern für flüssigen oder gasförmigen Brennstoff sowie mit Industriewärmetauschern verwendbar.
Beispielsweise können in einer Masse aus gegossenem oder gekörntem Ferrophosphor zwei Rohrsätze
eingebettet sein, von denen der eine intermittierend ein heißes und der andere ein kühleres Medium führt.
Anstatt dessen können beide Medien abwechselnd durch einen einzigen Rohrsatz hindurchgeführt werden.
Für diesen Zweck können die Medien entweder flüssig oder gasförmig sein.
Eine Ferrophosphormasse kann mit einem Rohrsatz für den Durchgang des zu erhitzenden Mediums und
mit Kanälen für die Durchführung heißer Gase aus einem Ofen oder der Flamme eines Gas- oder Flüssigbrenners
ausgestattet sein. Bei einer weiteren abgewandelten Ausführungsform können heiße und kalte
Gase abwechselnd durch eine Bettung von granuliertem Ferrophosphor hindurchgeführt werden.
Es hat sich gezeigt, daß die elektrische Leitfähigkeit von Ferrophosphor so beschaffen ist, daß bei seiner
Verwendung in elektrischen Speicherheizkörpern ver-
kleidete Heizelemente ratsam sind. Wenn jedoch der Wärmespeicherkern aus gepulvertem Ferrophosphor
hergestellt ist, der mit mindestens 40% feuerfestem Ton gemischt und zu Blöcken oder Fliesen gebrannt
ist, können unverkleidete Drahtheizelemente aus einer
Nickel-Chrom-Legierung ohne Gefahr verwendet werden. In allen Fällen stellt das Bestreben des Ferrophosphors,
die Korrosion zu verhindern, einen ausgeprägten Vorteil des Gegenstandes der Erfindung dar.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verwendung von Ferrophosphor technischer Reinheit zur Herstellung von Speicherkernen für
Wärmespeicher und Wärmeaustauscher, die Durchtrittskanäle für den zu erwärmenden Wärmeträger
bzw. das Wärmemedium enthalten.
2. Verwendung von Ferrophosphor gemäß Anspruch 1 in der Form gegossener Blöcke, in denen
verkleidete elektrische Heizelemente eingebettet sind, zu dem Zweck nach Anspruch 1.
3. Verwendung von Ferrophosphor nach Anspruch 1 in gekörnter Form, in der verkleidete
elektrische Heizelemente eingebettet werden, zu dem Zweck nach Anspruch 1. .
4. Verwendung von Ferrophosphor nach Anspruch 1, der durch Sintern von granuliertem Ferrophosphor
bei 700 bis 12000C in Gegenwart eines Formaldehydmischpolymerisats hergestellt ist, für
den Zweck nach Anspruch 1.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105806117A (zh) * | 2016-04-22 | 2016-07-27 | 朱建新 | 一种固体电蓄热装置 |
CN105806117B (zh) * | 2016-04-22 | 2017-09-29 | 朱建新 | 一种固体电蓄热装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1454256A1 (de) | 1969-02-13 |
GB1034929A (en) | 1966-07-06 |
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