DE1565336B2

DE1565336B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufheizen des Speicherkernes eines Wärmespeicherofens

Info

Publication number: DE1565336B2
Application number: DE19651565336
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl.-Ing. 7057 Winnenden; Araann Karl 7012 Schmiden Breitmeyer
Original assignee: Bauknecht GEA Elektrotechnische Fabriken GmbH, 7012 Fellbach
Priority date: 1965-09-17
Filing date: 1965-09-17
Publication date: 1970-12-23
Also published as: NO122140B; FI43754C; SE322301B; FI43754B; DK120852B; AT274166B; LU51923A1; GB1148202A; NL6612396A; ES331193A1; US3581059A; BE686791A; DE1565336A1; CH458564A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Aufheizen des Speicherkernes eines Wärmespeicherofens durch in diesem vorgesehene elektrische Heizkörper, deren Stromkreis über ein thermisch gesteuertes Schaltglied, z. B. einen Thermostaten, geschaltet wird.

Es ist bekannt, derartige Wärmespeicheröfen dadurch aufzuheizen, daß die Heizkörper ununterbrochen eingeschaltet sind, bis der Speicherkern seine zulässige bzw. vorbestimmte Maximaltemperatur hat. Sobald diese Temperatur erreicht ist, werden die Heizkörper über einen auf diese Temperatur ansprechenden Thermostaten abgeschaltet und erst wieder eingeschaltet, wenn eine bestimmte Minimaltemperatur unterschritten wird. In der Regel wird die Temperatur, bei der der Speicherkern ab- bzw. eingeschaltet wird, außen am Speicherkern bzw. in der Wärmeisolierung oder an einer isolierten Zwischenwand gemessen.

Da der Speicherkern des Wärmespeicherofens eine schlechte Wärmeleitfähigkeit hat, ist die Temperatur des Speicherkernes beim Aufheizen mit abnehmender Entfernung zu den Heizkörpern größer.

Die heißeste Zone des Speicherkernes befindet sich in unmittelbarer Nähe der Heizkörper, wobei die Stellen mit geringster Temperatur des Speicherkernes oft über 100 bis 200° C kühler als die Zonen des .Speicherkernes sind, die in Nähe der Heizkörper liegen. Durch die vergleichsweise hohe Temperatur des Speicherkernes im Bereich der Heizkörper sind diese einer besonders großen Belastung ausgesetzt, wodurch ihre Lebensdauer stark heruntergesetzt wird.

Weiterhin ist durch die stark unterschiedliche Wärmeverteilung des Speicherkernes ein genaues Abschalten des Speicherkernes bei Erreichen einer bestimmten Wärmekapazität nicht gewährleistet. Wenn der Temperaturregler nach Beendigung der Aufladung die Heizung abschaltet, erfolgt ein Ausgleich der Temperaturunterschiede innerhalb des Speicherkernes. Die Temperatur in der Wärmeisolierung in dem Speicherkern steigt ebenfalls an und hat lange Zeit nach der Abschaltung der Heizung noch ein Temperaturmittel, das den Regler an einer Wiedereinschaltung hindert. Dies ist nachteilig, wenn die Möglichkeit einer zusätzlichen Nachheizung des Speicherkernes am Tag besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zu entwickeln, durch das ein sicherer Betrieb eines Wärmespeicherofens gewährleistet ist. Insbesondere sollen die Heizkörper des Wärmespeicherofens eine große Lebensdauer haben. Weiterhin soll sich der Wärmespeicherofen in einfacher Weise genau regeln lassen.

Bei einem Verfahren zum Aufheizen des Speicherkernes eines Wärmespeicherofens durch in diesem vorgesehene elektrische Heizkörper, deren Stromkreis über einen Thermostaten geschaltet wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Speicherkern stufenweise in Intervallen auf die vorbestimmte Endtemperatur aufgeheizt wird, wobei nach jedem Heizintervall ein wenigstens teilweiser Wärmeausgleich innerhalb des Speicherkernes abgewartet wird. Dadurch ist gewährleistet, daß der Speicherkern über seinen gesamten Querschnitt eine stets etwa gleiche Temperatur hat. Da infolge des Zwischenintervalles zwischen den Heizintervallen Wärme von dem Bereich des Speicherkernes, in dem die Heizkörper angeordnet sind, in weiter entfernte Bereiche geleitet wird, sind die Heizkörper einer vergleichsweise geringen Belastung ausgesetzt, so daß ihre Lebensdauer wesentlich erhöht ist.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird das Heizintervall beendet, wenn zwischen der heißesten und der kältesten Stelle des Speicherkernes eine vorbestimmte maximale Temperaturdifferenz herrscht. Das kann beispielsweise dadurch erreicht

ίο werden, daß an zwei Stellen des Speicherkernes eine Differenzmessung vorgenommen wird, wobei der Differenzbetrag der beiden Messungen die Beendigung des Heizintervalles bestimmt. Ebenso kann das Heizintervall begonnen werden, wenn zwischen der heißesten und der kältesten Stelle des Speicherkernes eine vorbestimmte minimale Temperaturdifferenz herrscht.

Vorteilhaft ist ebenfalls, wenn das Heizintervall dann beendet wird, wenn der Heizkörper bzw. die diesen umgebende Zone des Speicherkernes eine vorbestimmte Temperatur überschreitet. Dadurch ist gewährleistet, daß die Heizkörper nie eine höhere als die zulässige bzw. vorbestimmte Temperatur erreichen. In ähnlicher Weise kann das Heizintervall auch zweckmäßig begonnen werden, wenn der Heizkörper bzw. die diesen umgebende Zone des Speicherkernes eine vorbestimmte Temperatur unterschreitet.

Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, die Heizintervalle in Abhängigkeit von der Zeit durchzuführen. Da rechnerisch oder experimentell festgelegt werden kann, in welcher Zeit der Speicherkern um welche Temperatur aufgeheizt wird und zu welcher Zeit ein vorbestimmter Wärmeausgleich stattfindet, ist bei Wahl dieser Verfahrensweise lediglich eine Schaltuhr bzw. ein entsprechendes Relais für das Schalten der Heizkörper erforderlich.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Speicherkern durch die Heizintervalle um unterschiedliche Temperaturbeträge aufgeheizt wird. Zweckmäßig wird dabei der Speicherkern mit zunehmender Temperatur um kleinere Temperaturbeträge während der Heizintervalle aufgeheizt, wodurch eine Schonung der Heizkörper insbesondere dann gewährleistet ist, wenn diese in den maximalen vorbestimmten Temperaturbereich gelangen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens mit einem bei Erreichen der vorbestimmten Speicherkerntemperatur den Stromkreis der Heizkörper öffnenden und bei Unterschreiten einer vorbestimmten Speichertemperatur den Stromkreis schließenden thermisch gesteuerten Hauptschaltglied kennzeichnet sich erfindungsgemäß dadurch, daß in dem Stromkreis dieses Hauptschaltgliedes ein bei durch das thermisch gesteuerte Hauptschaltglied geschlossenem Stromkreis in vorbestimmten Intervallen den Stromkreis öffnendes und schließendes weiteres Schaltglied für die stufenweise Aufheizung des Speicherkernes angeordnet ist. Während das zweite Schaltglied das Ein- und Ausschalten der Heizkörper in Intervallen bewirkt, schaltet das Hauptschaltglied beim Erreichen der

Endtemperatur die Heizkörper so lange ab, bis eine vorbestimmte Temperatur wieder unterschritten wird. Nach einem weiteren Merkmal ist das Intervallschaltglied ein thermisch gesteuertes Schaltglied,

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durch das eine sichere Funktion der Vorrichtung Bei geöffnetem Stromkreis 7 erfolgt auch keine

gewährleistet ist. Stromzufuhr zu dem Steuer-Heizelement, so daß die

Zweckmäßig ist dabei in Nähe des der Speicher- Temperatur im Bereich des Temperaturfühlers 8 α kerntemperatur aufgesetzten Temperaturfühlers des des Intervall-Schaltgliedes 8 sinkt und dieses Interthermisch gesteuerten Intervallschaltgliedes ein in 5 vall-Schaltglied 8 wieder geschlossen wird, wonach dem Stromkreis der Heizkörper angeordnetes zu- es unter dem erneuten Temperaturanstieg wieder gesätzliches Heizelement vorgesehen, durch welches öffnet wird usw.

die Schaltzeiten des Intervallschaltgliedes gesteuert Hat die Außenwand des Gehäuses 1 des Wärmewerden. Speicherofens eine vorbestimmte Temperatur er-

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des io reicht, so wird das Hauptschaltglied 5 über den mit

Erfindungsgegenstandes ergibt sich, wenn der Tem- ihm in Wirkverhindung stehenden Wärmefühler 10

peraturfühler des Intervallschaltgliedes und der Tem- geöffnet, so daß die Aufheizung der Speicherkerne 3

peraturfühler des Hauptschaltgliedes in größerem in Intervallen unterbrochen ist. Diese Intervall-Auf-

Abstand voneinander angeordnet sind, derart, daß heizung erfolgt erst dann wieder, wenn die Außen-

der Temperaturfühler des Hauptschaltgliedes außer- 15 wand des Gehäuses 1 die vorbestimmte Temperatur

halb des Erwärmungsbereiches des zusätzlichen wieder unterschritten hat.

Heizelementes liegt und unabhängig von diesem An dem Hauptschaltglied 5 kann eingestellt wer-

Schaltglied lediglich auf Grund der Temperatur des den, bei welcher Temperatur das Hauptschaltglied S

Speicherkernes den Stromkreis schließt bzw. öffnet. den Stromkreis 7 öffnet und bei welcher Temperatur

Es ist aber auch denkbar, die Temperaturfühler 20 es den Stromkreis 7 schließt.

beider Schaltglieder in Nähe des zusätzlichen Heiz- Die Ausführungsform des Wärmespeicherofens elementes anzuordnen. gemäß F i g. 2 unterscheidet sich von der Ausfüh-) In weiterer Ausbildung der Erfindung ist als zu- rungsform gemäß Fig. 1 dadurch, daß der Wärmesätzliches Heizelement ein Teilstück der elektrischen fühler 10 a des Hauptschaltgliedes 5 im Temperatur-Leitung für die Heizkörper vorgesehen, so daß eine 35 Anschlußbereich des zusätzlichen Steuer-Heizelebesonders rationelle Herstellung der Vorrichtung ments 9 innerhalb der Isolation 2 angeordnet ist. bzw. des Wärmespeicherofens gewährleistet ist. Sobald durch das Steuer-Heizelement auf den

Statt des thermisch gesteuerten Intervallschalt- Temperaturfühler 10 α eine höhere als vorbestimmte

gliedes kann auch ein Schaltzeitwerk vorgesehen sein, Temperatur einwirkt, öffnet das Hauptschaltglied 5

das dann unabhängig von der Temperatur in be- 30 den Stromkreis 7, während bei Unterschreiten einer

stimmten, gleichen oder unterschiedlichen Zeitinter- vorbestimmten Temperatur das Hauptschaltglied S

vallen den Stromkreis der Heizkörper schließt bzw. geschlossen wird,

öffnet. Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform ist

Ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausfüh- statt des thermisch gesteuerten Intervall-Schaltgliedes

rungsbeispiel nach den Ansprüchen wird im folgen- 35 in den Stromkreis la der Heizkörper 4 ein Zeit-

den näher erläutert. Es zeigt schaltwerk, wie eine Schaltuhr 8 b angeordnet, durch

Fi g. 1 einen Wärmespeicherofen in schematischer die der Stromkreis la bei geschlossenem Haupt-Darstellung, schaltglied 5 in zeitlich bestimmten Abständen ge-

Fig. 2 und 3 weitere Ausführungsformen des öffnet und geschlossen wird.

Wärmespeicherofens in Darstellungen gemäß F i g. 1, 40 Das bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 vor-

Fig. 4 ein Zeit-Temperaturdiagramm der Auf- gesehene zusätzliche Steuer-Heizelement 9a dient nur

heizung des Speicherkernes. zur Beeinflussung des Wärmefühlers 10 α des Haupt-

Wie die Fig. 1 bis 3 zeigen, weist ein Wärme- Schaltgliedes5.

) speicherofen ein Gehäuse 1 auf, in dem ein von eimer In dem Diagramm gemäß F i g. 4 ist auf der Isolierung 2 umgebener Speicherkern 3 mit elektri- 45 Ordinate 11 die Temperatur und auf der Abszisse 12 sehen Heizkörpern 4 angeordnet ist. Die Heizkörper 4 die Zeit aufgetragen. Gemäß dem Verfahren und mit sind unter Zwischenschaltung eines thermisch ge- Hilfe der beschriebenen Vorrichtung wird der Speisteuerten Hauptschaltergliedes S an eine Strom- cherkern 3 während einer bestimmten Zeitspanne 13 quelle 6 angeschlossen. von Zimmertemperatur auf eine vorbestimmte Tem-

Bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausfüh- so peratur 14 linear und stetig aufgeheizt. Bei Erreichen rungsformen ist in dem Stromkreis 7 der parallel- dieser Temperatur IS öffnet das Intervall-Schaltgeschalteten Heizkörper 4 ein thermisch gesteuertes glied 8 bzw. Sb den Stromkreis 7 der Heizkörper 4 Intervallschaltglied 8 angeordnet, in dessen Nähe ein in bestimmten Abständen, so daß die weitere Aufzusätzliches Steuer-Heizelement 9 vorgesehen ist, das heizung des Speicherkernes 3 auf die vorgesehene ebenfalls parallel mit den Heizkörpern 4 des Spei- 55 Höchsttemperatur 15 in Intervallen 16 erfolgt. Ist cherkernes 3 geschaltet ist. diese Höchsttemperatur 15 erreicht, so öffnet das

Wie F i g. 1 zeigt, ist der Wärmefühler 10 des thermisch beeinflußte Hauptschaltglied 5 den Strom-Hauptschaltgliedes 5 in Nähe der Außenwand des kreis 7 der Heizkörper 4, bis eine vorbestimmte Gehäuses 1 des Wärmespeicherofens angeordnet. Temperatur wieder unterschritten wird und ein Unterschreitet die Außenwand des Gehäuses 1 eine 60 erneutes Aufheizen des Speicherkemes 3 in Intervorbestimmte Temperatur, so schließt das thermisch vallen erfolgt.

gesteuerte Hauptschaltglied 5 den Stromkreis 7, so Die in F i g. 4 strichliert dargestellte Linie 18 zeigt

daß die Heizkörper 4 des Speicherkemes 3 und das die bisherige Verfahrensweise zum Aufheizen des

zusätzliche Steuer-Heizelement 9 Wärme abgeben. Speicherkemes 3, bei welcher die Aufheizung linear

Die von dem Steuer-Heizelement 9 abgegebene 65 und stetig bis zu einem Höchstwert erfolgt, wonach

Wärme beeinflußt den Temperaturfühler 8 α des In- die Stromzufuhr zu den Heizkörpern 4 abgeschaltet

tervall-Schaltgliedes, so daß dieses den Stromkreis 7 wird und der Speicherkern 3 wieder abkühlt. Um ein

gemäß der strichliert dargestellten Stellung öffnet. einigermaßen wirksames Beheizen eines Raumes zu

gewährleisten, ist bei dieser bekannten Verfahrensweise erforderlich, den Speicherkern auf eine wesentlich höhere Temperatur als bei dem beschriebenen Verfahren aufzuheizen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufheizen des Speicherkernes eines Wärmespeicherofens in Intervallen mit Hilfe von im Speicherkern vorgesehenen elektrischen Heizkörpern, deren Stromkreis über ein thermisch gesteuertes Schaltglied, beispielsweise einen Thermostaten, geschaltet wird, wobei der Speicherkern in einem ersten, dem ersten Heizintervall entsprechenden Heizabschnitt ununterbrochen und im zweiten Heizabschnitt in mehreren Intervallen unterbrochen aufgeheizt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkern (3) im ersten, ununterbrochenen Heizabschnitt (13) um einen höheren Temperaturbetrag (14) als in dem darauffolgenden Heizabschnitt aufgeheizt wird, wobei die auf das erste Heizintervall (13) folgenden Intervalle (16) kleiner als das erste sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizintervall beendet wird, wenn zwischen der heißesten und der kältesten Stelle des Speicherkernes (3) eine vorbestimmte maximale Temperaturdifferenz herrscht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizintervall begonnen wird, wenn zwischen' der heißesten und der kältesten Stelle des Speicherkernes (3) eine vorbestimmte minimale Temperaturdifferenz herrscht.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizintervall beendet wird, wenn der Heizkörper (4) bzw. die diesen umgebende Zone des Speicherkernes (3) eine vorbestimmte Temperatur überschreitet.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizintervall begonnen wird, wenn der Heizkörper (4) bzw. die diesen umgebende Zone des Speicherkernes (3) eine vorbestimmte Temperatur unterschreitet.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizintervalle in Abhängigkeit von der Zeit durchgeführt werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkern (3) durch die Heizintervalle um unterschiedliche Temperaturbeträge aufgeheizt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkern (3) mit zunehmender Temperatur um kleinere Temperaturbeträge während der Heizintervalle aufgeheizt wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, mit einem bei Erreichen der vorbestimmten Speicherkerntemperatur den Stromkreis der Heizkörper öffnenden und bei Unterschreiten einer vorbestimmten Speicherkerntemperatur den Stromkreis schließenden thermisch gesteuerten Hauptschaltglied, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stromkreis (7) dieses Hauptschaltgliedes (5) ein bei durch das thermisch gesteuerte Hauptschaltglied (5) geschlossenem Stromkreis (7) in vorbestimmten Intervallen den Stromkreis (7) öffnendes und schließendes weiteres Schaltglied (8 bzw. 8 b) für die stufenweise Aufheizung des Speicherkernes (3) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Intervallschaltglied ein thermisch gesteuertes Schaltglied (8) ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Nähe des der Speicherkerntemperatur ausgesetzten Temperaturfühlers (8a) des thermisch gesteuerten Intervallschaltgliedes (8) ein in dem Stromkreis (7) der Heizkörper (4) angeordnetes zusätzliches Steuer-Heizelement (9) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (8 a) des Intervall-Schaltgliedes (8) und der Temperaturfühler (10) des Hauptschaltgliedes (5) in größerem Abstand voneinander angeordnet sind, derart, daß der Temperaturfühler (10) des Hauptschaltgliedes (5) außerhalb des Erwärmungsbereiches des Steuer-Heizelementes (9) liegt.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturfühler (8 a, 10 a) beider Schaltglieder (8, S) in Nähe des Steuer-Heizelements (9) angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliches Heizelement ein Teilstück der elektrischen Leitung für die Heizkörper (4) vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Intervall-Schaltglied durch ein Schaltzeitwerk (8 b) gebildet ist.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptschaltglied (5) einstellbar ist.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem mit mehreren Heizkörpern versehenen Wärmespeicherofen mehrere, vorzugsweise in zeitlich verschobener Reihenfolge arbeitende Intervall-Schaltglieder vorgesehen sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen