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Elektro-Wärmespeicher mit Konvektionskanälen Die vorliegende Erfindung
bietet einen wesentlichen Fortschritt auf dem Gebiet der vereinfachten Bauweise
und wirkungsvollen Entladung von Elektro-Wärmespeiche-rn. Die Erfindungsmerkmale
beziehen sich hauptsächlich auf die Anordnung und Gestaltung der zur konvektiven
Speicherentladung dienenden Kernkanäle. Elektro-Wärmespeicher sind besonders in
Form von Nachtstrom-Speicheröfen bekannt. Die im Innern dieser Geräte enthaltene
Speichermasse wird mit niedertariflicher Elektroenergie aufgeheizt und mittels einer
wärmedämmenden Ummantelung wird die gespeicherte Wärme dann so lange im Gerät festgehalten,
bis sie im Bedarfsfall auf konvektivem Wege, vorzugsweise mit Hilfe eines eingebauten
Gebläses an den zu beheizenden Raum abgegeben werden soll.
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Zu diesem Zweck ist das Innere dieser Speichergeräte mit Luftkanälen
versehen, die zum größten Teil am und im Speicherkern entlang führen. Diese Kanäle
sind entweder als vertikale Schächte oder in Gestalt eines umgekehrten U ausgebildet:
In
beiden Fällen erfolgt also der wesentliche Anteil des Wärmeüberganges
dann, wenn die angesaugte Raumluft an senkrephten Wandungen des Speicherkernes vorbeiströmt.
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Bei den modernen Methoden der rationalisierten Serienfertigung der
Speichergeräte werden die Kerne aus einzelnen Platten oder Teilblöcken in Schichtbauweise
gebildet. Bei vertikaler Schichtung entstehen die senkrechten Kanäle durch Bohrungen,
die den gesamten Plattenstapel durchdringen; bei horizontaler Schichtung hingegen
werden die Platten stehend mit gegenseitigem Abstand angeordnet, so daß hier zwischen
den Platten die senkrechten Luftkanäle frei bleiben.
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a Um den waagerechten Schenkel der U-Form zu bilden, wurde bisher
oberhalb des Kernes eine Umlenkkammer frei gelassen, so daß die in den einen Vertikalschacht
nach oben geblasene Luft durch die Umlenkkammer hindurch zu einem zweiten, wieder
nach unten führenden Schacht gelangen kann.
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Diese Art der Luftführung birgt verschiedene Nachteile. Zunächst zeigt
sich, daß der Deckelbereich der Geräte übermäßig warm wird, wenn nicht aufwendige
Maßnahzien bezüglich-der Wärmedämmung getroffen werden. Eine gewisse, aber noch
nicht ausreichende Besserung wird erreicht, wenn gemäß DBP 1 028 314 zusätzliche
horizontale Bohrungen oder Nuten die Kernschichten in verschiedenen Höhenlagen durchdringen.
Diese Zusatzbohrungen verlaufen also parallel zur Umlenkkammer und übernehmen einen
Teil der Luftströmung, wodurch eine gewisse.thermische Entlastung des oberen Gerätebereiches
entsteht.
Bei dieser älteren Lösung bildet die Gesamtheit der dort
vorgesehenen Bohrungen nur einen Teil des von der oberen-Uflenkkammer gebotenen
Luftdurchtritt-Querschnittes. Berücksichtigt man noch den physikalischen Effekt,
daß Wärme stets nach-oben .
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drängt, so wird offensichtlich, daß der wesentliche Teil der ,Wärmeabgabe
nach wie vor in der oberen Umlenkkammer erfolgt: Der Anmelder der hier unter Schutz
gestellten Erfindung ging daher von der Aufgabe aus, den Wärmestau im oberen Gerätebereich
nahezu@vollständig zu vermeiden, dabei möglichst auf die obere Umlenkkammer zu verzichten
und obendrein die Zahl und Größe der aktiven, wärmeabgebenden Flächen des-Speicherkernes
wesentlich zu erhöhen. Als Lösung werden entsprechend der Erfindung Elektro-Wärmespeicher
finit Speicherkernen aus geschichteten Platten oder Blöcken und dazwischen gebildeten,
horizontalen Luftkanälen vorgeschlagen, deren wesentliche Merkmale darin bestehen
sollen; daß die Luftkanäle großflächig und flach ausgebildet sind, wobei die Hauptwandungen
dieser Kanäle einander mit geringem Abstand gegenüberliegen und sich nahezu über
den gesamten .Querschnitt des Speicherkernes erstrecken.
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Dieser vorteilhafte Kernaufbau ",fit seinen erfindungsgemäß so zahlreichem
WÜr<ieübergangsflächen bietet die denkbar beste Voraussetzung für die erstrebte
vollständige Entladung des Kernes. Es hat sich rä,z,lich gezeigt, da3 bei den meisten
Bauarten der . heutigen Elektrö-Wär.;,espeicher sowohl die Ladetemperatur als auch
die S,pe.icnermasse und der elektrische Ans.chlußwert im Verhältnis,zur tatsächlich
entnehmbaren Wärmemenge unnötig hoch gewählt werden müssen, weil eine vollständige
Entladung mit den
bisher üblichen Kanalkonstruktionen nicht möglich
war.@Eine Ausnahme bildet ein für den Anmelder im Bundes-Gebrauchsmuster 1 877 185
geschützter und.seit Jahren erfolgreich benutzter Aufbau mit auf gegenseitigen Abstand
gestellten Speicherplatten, wobei die senkrechten Schenkel der Kanal-U-Form aus
mehreren Teilkanälen gebildet werden. Demgegenüber bietet die vorliegende Erfindung
eine stark vereinfachte Führung der elektrischen Plattenanschlüsse und den wesentlichen
Vorteil, daß der unmittelbar unter der Kernlast liegende Bereich des Unterbaus nicht
mit nach oben führenden Schlitzen oder sonstigen Durchbrüchen für die Luftführung
versehen werden muß. Bei Anwendung der Erfindung wird also der tragende Bereich
des Unterbaus nicht geschwächt, statt dessen wird nur je vor und hinter dem Kern
ein konstruktiv einfacher Durchbruch vorgesehen. Diese beiden unkomplizierten Durchbrüche
gestatten den Luftdurchgang vom Geräteunterbau, der das Gebläse enthält, hinauf
zu den horizontalen Kernkanälen und wieder herab zur Warmluft-Austrittzone des Gerätes.
Da bei einem derartigen Plattenaufbau an jeder Geräteseite Randzonen von sämtlichen
Platten zugänglich sind, können die elektrischen Anschlüsse der in oder an den Platten
befindlichen Heizvorrichtungen bequem an einer gemeinsamen beräteseite ausgeführt
werden. Insbesondere an der relativ kühlen Unterseite des Kernes lassen sich bei
dieser Bauweise alle Elektroanschlüsse ungehindert herausführen und schalten. Es
ist hier also nicht erforderlich, die Anschlüsse der einen Plattengruppe durch die
Warmluftkanäle der anderen Plattengruppe hindurch zu leiten.
,.Der
erfindungsgemäß gewählte geringe Abstand der großflächigen Kanalwandungen dient
ebenfalls zur besseren Wärmeentnahme; die durchströmende Luft kann nicht mehr nutzlos
die Kanalmitte passieren, sondern wird gezwungen, an den Wandflächen der Kanäle
entlang zu gleiten.
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r Ein weiterer Vorzug der Erfindung besteht darin, daß es bei dieser
Bauart ohne weiteres möglich ist, alle Platten oder BlöcKe so anzuordnen, daß sie
von der Frontseite des Gerätes her zugänglich sind. Dies erleichtert sehr wesentlich
den Erstaufbau der Geräte am benutzurigsort, besonders, dann, wenn es sich um den
Einbau in Nischen handelt. Auch das eventuelle spätere Auswechseln einzelner Platten
wird somit vereinfacht. Grundsätzlich ist, es denkbar, einen Kern gemäß der Erfindung
so aufzubauen, daß die Platten-Schichtrichtung quer zur Breite der Kanal-Querschnittsflächen
verläuft. Diese Methode bietet dann Vorteile, wenn zwar die Platten liegend, aber
die Kernkanäle hochkant angeordnet sein sollen.
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Während bei dieser Sonderausführung die lichte Breite der fla-_ chen
Kanäle quer zu den aneinandergrenzenden Flächen der horizontal oder vertikalgeschichteten
Platten verläuft, soll eine bevorzugte-Ausführüngsform der Erfindung folgendermaßen
gekennzeichnet sein: Die horizontalen Luftkanäle sind mit ihren Flachseiten parallel
zur Schichtrichtung angeordnet und bilden nahezu die gesamte Übergangszone zwischen
je zwei aneinandergrenzendenPlatten
oder Blöcken. Somit bieten sich
sehr leicht durchführbare Möglichkeiten zur Herstellung größtmöglicher Luftkanäle.
Die Platten müssen nicht durchbohrt werden, sondern es genügt, wenn die benachbarten
Grenzflächen der Platten oder Blöcke konkav ausgebildet und paarweise aneinandergefügt
werden, so daß jeder Kanal sinngemäß aus zwei Halbschalen besteht. -Der gleiche
Effekt kann auch mit ebenen, durch.Abztandhalter,gesperrt geschichteten Platten
oder Blöcken erreicht werden. Diese Abstandhalter können zweckmäßigerweise bereits
an den Platten selbst angebracht sein, und zwar gemäß einer Weiterbildung der Erfindung
derart, daß zumindest die eine der Platten-Außenflächen mit horizontal verlaufenden,
leistenförmigen Vorsprüngen versehen ist, die beim Schichten an die Nachbarplatte
grenzen. Anstelle dieser Leisten, die sich über die gesamte Kanallänge erstrecken,
können einzelne, etwa höckerförmige Abstandelemente an den Platten verwendet werden,
wenn folgender Aufbau gewählt wird: Das gesamte Höhenmaß zwischen dem horizontalen
Tragboden und der unterhalb des Gerätedeckels angebrachten Wärmedämmschicht wird
vollständig durch senkrecht eingestellte Kernplatten in horizontal aufgelockerter
Anordnung ausgefüllt. Somit werden die beiden schmalen Randflächen jedes Kanals
nicht von den Platten selbst, sondern von den oberhalb und unterhalb des Speicherkernes
im Gerät angeordneten Dämmschichten gebildet.
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Bei besonders großen Platten mit verhältnismäßig geringer Plattenstärke-und
besonders bei horizontaler Plattenanordnung kann
es aus Festigkeitsgründen
vorteilhaft sein, wenn zumindest einer der-Luftkanäle unterteilt ist in zwei oder
mehrere parallele, in einer gemeinsamen Ebene angeordnete Teilkanäle. Hier werden
also zusätzliche, vorzugsweise rippenförmige Abstandselemente verwendet, so daß
nicht nur an den Randzonen der Platter, sondern auch innerhalb der Kanalflächen
eine zusätzliche Versteifungswirkung entsteht. Diese Bauweise.sollte zumindest bei
einer horizontalen.Plattenanordnung für die untersten, mit dem größten Gewicht belasteten
Schichten gewählt werden. Die bereits erwähnten Vertikalschächte, die vor und hinter
dem Kernaufbau angeordnet sind, dienen als Luftverbindungswege zwischen dem Unterbau
und den*Horizontalkanälen. In der einfachsten Form sind sie rechtwinklig gestaltet.
Ein erfinderisches Merkmal soll jedoch darin bestehen, diese Schächte mit unten
großem und nach oben hin abnehmendem Horizontalquerschnitt zu versehen. Auf diese
Weise wird vier Querschnitt angepasst an die in jeder Höhenschicht gewünschte Luftmenge
und es ergibt sich eine gleichmäßige Beaufschlagung sämtlicher horizontalen und
vertikalen Luftwege im Kern. Diese Gestaltung kann durch brapezförmige
Aus-
bildung des Gesamtgerätes oder der Dämmschichten oder der Kernplatten
erreicht werden.
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Einige Ausführungsbeispiele für die wesentlichsten Merkmale der Erfindung
sind in der beigefügten Zeichnung dargestellt.
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Figur 1 zeigt einen Elektro-Speicherofen mit einer ersten Ausführungsform
für den Plattenaufbau.
Figur 2 zeigt einen zweiten Plattenaufbau.
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Figur 3 zeigt eine dritte Möglichkeit für den Plat-@ tenaufbau.
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Figur 4 zeigt vergrößert den in Figur 1 enthaltenen a Plattenaufbau.
Figur 5 zeigt einen ähnlichen Speicherofen mit einer vierten Variante für den Plattenaufbau.
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Figur 6 zeigt einen Speicherofen mit einer fünften Variante. Er enthält
ebenfalls einen aus Platten aufgebauten Speicherkern.
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Figur 7 zeigt eine Seiten-Schnittansicht entlang der Linie VII - VII
in Figur 6. Gemäß Figur 1 besteht der Speicherofen 1 im wesentlichen aus dem-Kernpaket
2 a, einer wärmedämmenden' Umhüllung und einem Gebläse mit--dessen Hilfe Raumluft
5 angesaugt wird und in Richtung der Pfeile das Gerät durchwandert, sich dabei erwärmt
und als Warmluft 6 wieder an den Raum abgegeben wird..
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Die einzelnen Heiz- und Speicherplatten 7 sind hier vertikal geschichtet
und mit Rippen 7 a versehen, so-däß großflächige Horizontalkanäle 8 entstehen,-in
denen der Wärmeübergang von Speichermasse an Luft erfolgt. Vor und hinter dem Kernpaket
sind schachtförmige
vertikale Räume (9) freigelassen, so daß die
Luft vom Gebläse her zu den Kanälen 8 gelangen kann und von diesen wieder herab
zum Warmluftaustrittbereich 10 des Gerätes. .
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Die Reihenfolge der Platten ist hier unverbindlich so gewählt, daß
nur jede zweite Platte mit elektrischen Heizvorrichtungen versehen ist und zum Teil
mittels Strahlung und zum anderen Teil mittels Wärmeleitung die benachbarten Platten.
mit erwärmt.' Der Plattenaufbau 2 b hingegen ist so gewählt,-daß je zwei Kernkanäle
11 etwa um das Maß der doppelten Plattenstärke voneinander getrennt sind, wobei
in den Übergangszonen zwischen diesen beiden Platten weitere Kanäle 12 zur Aufnahme
separater elektrischer Heizvorrichtungen, wie z.B. Rohrheizkörper, vorgesehen sind.
Die vertikal geschichteten Platten tagen sich hier nur in ihren Randzonen gegenseitig;
bei Verwendung breiterer Platten mit relativ dünner Plattenstärke empfiehlt es sich
hingegen, zusätzliche Abstands- und Stützelemente - ähnlich wie Position 7 a- in
Figur 1 - zu verwenden.
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Figur 3 zeigt ein Plattenpaket 2 c, das weitgehend der bereits erläuterten
Ausführung 2 a entspricht, wobei jedoch ebenfalls nur an den Randzonen Auflageflächen
vorgesehen sind, eine Lösung, die für kleine und mittlere Plattenmaße durchaus-befriedigend
sein kann.
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Die Figuren 5 und 6 verdeutlichen, daß großflächige, horizontal verlaufende
Kernkanäle auch bei vertikaler Anordnung der Spei-;herplatten 13, 14, 15 erreicht
werden können. Während bei den
Beispielen mit den Kernaufbauten
2 a und 2 d auch oberhalb der obersten Plattenflächen ein horizontaler Kanal 8 a
bzw..8 b vorgesehen ist, wird gemäß Figur 6.darauf verzichtet; der Plattenaufbau
2 e ist hier wesentlich einfacher. -Es ist augenscheinlich, daß der in Figur 6 gewählte
innere Aufbau des Gerätes sehr rationell gewählt wurde und obendrein die bestmögliche
Wärmeabgabe innerhalb der Kanäle 8 c bietet. Auf, einer geschlossenen horizontalen
Fläche 16, die möglichst aus wärmedämmendem Material bestehen soll, werden hier
die Kernplatten 15 senkrecht mit gegenseitigem Abstand 8 c errichtet und mit der
oberen, möglichst ebenfalls wärmedämmenden Schicht 17 überdeckt. Die horizontalen
Kanäle 8 c sind hier also mit denkbar gering-erf: Aufwand gebildet; der gegenseitige
Plattenabstand kann hier ebenfalls bequem durch an die Platten angeformte oder separate
Elemente 15 a bewirkt und aufrecht erhalten werden.
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Die vertikalen Schächte 9 a, die vor und hinter dem Kernpaket 2 e
die Luftströmungs-Verbindung-zum Unterbau des Gerätes bilden, sind hier so gestaltet
(Figur 7), daß ihr Querschnitt unten groß ist und nach oben kontinuierlich abnimmt.
Damit ist eine in strömungstechnischer Hinsicht günstige, gleichmäßige Beaufschlagung
der verschiedenen Höhenschichten der Horizontalkanäle 8 c gewährleistet.. Diese
Querschnittsverengung wird hier beispielsweise durch trapezförmige Gestaltung der
Platten 15 erreicht. Sie kann auch bei den in den übrigen Figuren gezeigten Aufbauten
mit Erfolg verwirklicht werden.
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Sämtliche Merkmale, die in der Beschreibung einschließlich Zeichnunk
sowie. in den Ansprü eheL offenbart wurden, können sowohl je
für
sich, als auch in den verschiedensten, nicht ausdrücklich erwähnten Kombinationen
für die Verwirklichung der vorliegenden Erfindung von Bedeutung sein. Der nachfolgend
begehrte Schutz soll sich auch auf fachmännisch naheliegende äquivalente Mittel
erstrecken.