DE1579836A1 - Elektrospeicher fuer Warmwasserheizung - Google Patents

Description

• "Elektrospeicher für Z,tarmwasserheizung" Die Erfindung betrifft einen Elektrdspeichar für Warmwasserheizung reit Speicherung der Wärme in einem hocherhitzten Kern, Wärmeübertragung aus dem Kern an .das iieizwasser direkt und im gleichen Behälter und sutomütisclier Regelung der 1dasGertemperatur unter Ausnutzung der Darn,#Centwicklung.
• Es sind Elektrospeicher bekannt, die unter Verwer_dung von Nachtstrom Warmwasser bereitstellen und zwar in aufgelöster Bauweise, vorwiegend als Mehrkreissystem, für den Betrieb von Zentralheizungen sowie auch in Kompaktbauweise für die Erzeugung von Brauchwarmwasser. Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß für die Speicherung für die Warmwasserzentralheizung der gesamte Speicher in Kompaktbauweise ausgeführt ist, wobei der hocherhitzte Speicherkern von einem Wassermantel umgeben ist, der vom Speicherkern selbst durch einen Verdampferraum getrennt ist. Die nach der Erfindung vorgeschlagene konstruktive Ausgestaltung des Elektrospeichers,insbesQndere die hiernach vorgesehene Anordnung der Isol_erung ermöglicht in einem in vorteilhafter Weise erweiterten Anwendungsbereich die Erzeugung von Brauehwarmwasser im gleichen Gerät und zwar auch außerhalb der Heizperiode et ausreichender Wirtschaftlichkeit. Die nach der Erfindung vorgescÄlagene Ausgestaltung bietet gegenüber den bekannten Speichern für Brauchwarmwasser den weiteren Vorteil, daß die verfügbare Warmwassermenge nicht mehr durch den inetalltierten Speicherinhayt begrenzt ist, sondern durch entsprechende Steuerung der

  Speicherkernaufheizung frei wählbar is t. Die in einer ter-

  entwicklung der Erfindung vorgeschlagene Kombination des

  Speichers mit einer Feuerung für Brennstoffe gestattet die

  in einem vollelektrischen Haushalt problematische a'@fal@.v@-@-

  brennung; sie gibt außerdem eine zusätzliche rieizun;slTÖ,licl-

  keit für den Fall eines Ausfalles der elektrischen ynergie,'

  bzw. bei einer Wärmepumpenheizungsanlage die no tt-rendige 4u-

  satzheizung an sehr kalten Tagen.

  Die Erfindung und weitere Ausgestaltung derselben soll mzhand der Zeichnung, in der in den Pig. 1 bis 3 drei husführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, näher erläutert werden. Es zeigen: .

  Fig. 1 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen, der Be-

  reitung von Warmwasser für die Zentralheizung dienenden

  Elektrospeicher,

  Fig. 2 einen Schnitt durch den der Bereitung vor_ Waimwasser

  für die Zentralheizung und von Brauchwarmwasser

  die.d.c@der@ Elektrospeicher wi.d

  Fig. 3 einen Schnitt durch den der Bereitung von Warmwasser

  fü.- d-e :',t@ tralheizun; dienenden, mit einer Feuerung

  für Bre.1-ristoi'fe Kombinierten Elektrospeicher. .

  De;# z@ufba!? und die Pw@s.tior des Elek t.r ospeichers

  rag d@ r r_>>@.n:.uäsg werden anha,rld der eine scziema tische Dar-

  stellung des Speichers wiedergebenden Pig. 'i. wie folgt be-

  s 4hw @ @@ @ ell j

  Der Haup t;asserrau## @ 1 iz: L. vorn 1soläerrantel 2 umgeben.

  In des:

  eingeeetzt, dei, die eige-.tlic;ie Speichermasse 'enthält, die

  in besi,aJ'@,#ieJ- Weise durc VNigel.leiz 4

  wird.

  Der Wasserraum 1 ist über eine Vorlaufleitung 6 und eit,e Rücklaufleitung 7 in üblicher Weise an das Zentralbeizungssystem angeschlossen. Die Vorlauftemperatur wird durch ein Mischventil 8 in üblicher Weise geregelt, an die -:ücklauileitung 7 ist ein Ausdehnungsgefäß 9 angeschlossen, weiches etwas größer bemessen ist als normalerweise üblich; ebenso sind die Verbindungsleitungen zwischen Speicher und Auodennun,;sgefäß etwas größer bemessen als normal.

  Wesentliches Funktionselement des erfindungsgemäßen Speichers

  ist einimwasserraum 1 um den Speicherkern 3 herum angeordneter

  isolierter Zwischenmantel 1o, der den inneren Wasserringraum (Verdampferraum) 11 von Hauptwauserraum 1 bis auf Zirkulationsöffnungen am oberen und unteren Ende abtrennt.
• Beim Aufheizen des Kerns 3 erwärmt sich zunächst das Wasser im inneren Wasserringraum 11, steigt dort nach oben und zirkuliert durch den äußeren Wasserraum 1. Sobald die Wassertemperatur 100°C oder mehr, entsprechend der Höhe der Wassersäule zwischen Ausdehnungsgefäß 9 und Speicher überschreitet, setzt im inneren Wasserringraum 11 Verdampfung ein. Im oberen Teil des Wasserraumes 1 bildet sich damit ein Dampfpolster und die Wasserzirkulation wird unterbunden. Tritt keine Wärmeentnahme ein, so drückt der weiter entstehende Dampf lediglich Wasser. aus dem inneren Ringraum 11 heraus; eine entsprechende Wassermenge wird in das Ausdehnungsgefäß 9 verdrängt. Der so entstandene Dampfraum 11 bildet eine zusätzliche Isolierung zwischen heißem Speicherkern 3 und äußerem Wasserraum 1. Sollte infolge zu hoher Speichertemperatur bei fehlender Wärmeentnahme infolge falscher Steuerung oder Bedienungsfehler die Außentemperatur des Zwischenmantels lo auch über 1000C ansteigen, so tritt auch im äußeren Wasserraum 1 Verdampfung ein. Unter weiterer Wasserverdrängung zum Ausdehnungsgefäß 9 füllt sich dann auch der äußere Ringraium 1 mit Dampf, wodurch die Isolierwirkung abermals erhöht wird. Die Dampfentwicklung findet ihr Ende, wenn der 1-jasserspiegel im äußeren Wasserraum 1 so weit heruntergedrückt ist, daß an keiner Stelle mehr Wasser mit dem hocherhitzten Speicherkern 3 in Berührung kommt. Der Speicher ist dann in Ruhe, die IK,Järmeverluste sind infolge der Isolierung und der zw;.schengescha.lteten Dampfpolster äußerst gering. Sobald jetzt :lärme durch die Warmwasserheizung entzogen wird, fällt die Temperatur im ' äußeren Wasserraum 1 unter 100°C. Dadurch beginnt der im oberen Teil des Speichers angesammelte Dampf in das Wasser hinein zu kondensieren, wodurch die Zirkulation durch den inneren Ringraum 11 mit entsprechender Wärmeübertragung aus dem Speicherkern 3 an den Wasserraum 1 wieder in Gang kommt. Durch diesen selbsttätigen Regelvorgang wird die Temperatur des äußeren Wasserraumes 1 relativ konstant auf einen teert von etwas unter 100°C gehalten, obgleich die Speicherkerntemperatur die hierfür üblichen Werte von bis zu 600°C erreichen kann. Bei höheren .Ansprüchen an diese interne Temperaturregelung des Speichers können auch geeignete Regelgeräte eingebaut werden, welche bei Erreichen einer eingestellten Temperatur die Zirkulation durch den inneren Wasserringraum 11 und damit die Wärmeübertragung völlig sperren. Eine Ausführungsmöglichkeit zeigt Fig. 2. Ein im Wasserraum 1 auf dem Isoliermantel 2 am Boden des Speichers angeordneter Ausdehnungsregler 12 drückt mit steigender Temperatur den isolierten Zwischenmantel 1o nach oben gegen den Speicherdeckel, wobei die oberen Zirkulationsöffnungen völlig geschlossen werden. Eine Wärmeabgabe aus dem Speicherkern 3 kann jetzt nicht mehr durch Zirkulation erfolgen, sondern nur noch durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung. Diese Wärmeabgabe ist jedoch unerheblich, da der isolierte Zwischenmantel 1o dem Wärmefluß einen erheblichen Widerstand entgegensetzt und das zwischen dem heißen Speicherkern 3 und dem Zwischenmantel lo durch Verdampfung des Wassers im inneren Wasserringraum 11 entstandene Dampfpolster die Isolierwirkung zwischen Speicher und äußeren Wasserbehälter erhöht. Da durch die vorstehend beschriebene Funktionsweise des Speichers die Temperatur des äußeren Wasserraumes 1 konstant auf einen hohen Wert geregelt wird, solange Energie im Kern gespeichert ist, kann dieses heiße Wasser zur Erwärmung von z.B. Brauchwarmwasser benutzt werden. Hierzu ist - wie in der Fig._2 gezeigt - lediglich erforderlich, einen entsprechend bemessenen Wärmeaustauscher in den Heuptwasserraum 1 des Speichers zu legen. Der Wärmeaustauscher kann als Rohrschlange 13 ausgebildet sein. Im Gegensatz zu Geräten, die die Wärmeenergie im Wasserinhalt speichern, ist bei der vorgeschlagenen Bauart die Nutz-Wassertemperatur weitgehend unabhängig von der Aufheiztemperatur des Speicherkernes. Dadurch ist es möglich, die Aufheiztemperatur des Speicherkerns und damit die gespeicherte Energie an den zu erwartenden Bedarf ungeachtet der gewünschten Nutztemperatur anzupassen. Die in Bezug auf Wirtschaftlichkeit günstigsten betrieblichen Voraussetzungen sind dann gegeben, wenn die trotz Isolierung vorhandenen Wärmeverluete aus dem Kern 3 in den äußeren Wasserraum 1 gleich oder kleiner sind als die jeweilige Mindestwärmeentnahme. Bei Betrieb einer Heizung steigt jedoch dieser Mindestwärmebedarf bei fallender Außentemperatur ebenso wie die zu speichernde Wärmemenge und damit die erforderliche Speicherkerntemperatur. Dies bedeutet, daß größeren Kernverlusten infolge höherer Temperaturdifferenz stets gleichzeitig ein höherer Mindestwärmeverbrauch gegenübersteht. Zur Erzielung dieser günstigen Betriebscharakteristik ist es lediglich erforderlich, die Aufheizungstemperatwc des Speioherkerns in Abhängigkeit vom zu erwartenden Heizbedarf zu begmzen. Dies kann z.8. in einfachster Weise durch Aaschluß an eine außentemperaturabhängige Vorlaufregelung get@shehu@.. Erst diese Regeleigenschaften machen es wirtschaftlich vertretbar, das gleiche Gerät zu benutzen für die volle Heizleistung im Winter wie für die Brauchwarmwasserbereitung in der warmen Jahreszeit. Selbst bei geringster Lastabnahme ist eine gute Wirtschaftlichkeit dadurch gewährleistet, daß bei zu geringer Energieabnahme auch im äußeren Wasserringraum 1 eine Verdampfung erfolgt, wodurch eine weitere Erhöhung des Isolierwertes eintritt, ohne daß dadurch die Erzeugung von Warmwasser in Frage gestell@ wäre. Gegenüber normalen Heißwasserspeichern für Brauchwarmwasser hat die vorstehend beschriebene Ausführung noch den Vorteil, daß die gespeicherte Menge für Normalverbrauch oder Spitzenverbrauch an Bade- oder Waschtagen gewählt werden kann. Hierzu ist lediglich erforderlich, eine andere Aufheizungsgrenze für den Speicherkern einzustellen. Eine Nachheizung mi-c Tag-$trom bei erhöhtem Warmwasserbedarf kann so vermieden werden. Durch Anordnung des Wasserraumes 1 auf der Außenseite des Speicherkerns 10 wird es ferner möglich, den Speicher gemäß der in dar Fig. öe eigtexi Auaführungsform der Erfindung mit eL.ivr Feuerung fi'ir Brennstoffe zu versehen. Hierzu wird lediglich der °izolierte Außenmantel 2 durch einen feuerungsbeständigen Außenmantel 15 ersetzt und der ganze Speicher mit einer feue:eungabestätid'.gerL und isolier teil ?Jwma. tellang 18 versehen.
• Bei mit B:re=atoffen unbeheiztem Speicher und damit geschloseener Lüftungsklappe 19 bilden die ruhenden Luftschichten beiderseits der @auchgasunl,erku.YLg 16 zusammen mit dem Außenmantel 18 die notwendige Isolierung des Warmwasserraumes 1, wobei led iglich vorauszusetzen ist, daß die Rauchgasklappe 19 wirklich dicht echließt. Eine andere `sä:@@.ng wäre auch dadurch Sogeben, die Rauchgasumlenkung 16 im Speicherbetrieb nach oben an den Außenmantel 18 anstoßen zu lassen, um dadurch Luftzirkulation längs des Speichermantels 15 zu verhindern. Beim Beheizen mit Brennstoffen wird die Rauchgasklappe 19 geöffnet zum Kaminanschluß 17, das Brennmaterial kann auf einem Feuerungsrost 14, vorzugsweise bei Abfallverbrennung, oder durch Ö1- oder Gasbrenner zugeführt werden. Die heißen Rauchgase bestreichen hierbei die äußere Oberfläche des Wasserbehälters 15 und werden durch Umlenkung 16 über den Anschluß 17 in den Kamin geführt. Als Speichermasse für den Speicherkern 3 können die üblichen Materialien, wie Magnesit, Gußeisen od.dgl. Verwendung finden. Infolge des tragenden' und formgebenden Mantels kann die Speichermasse auch in loser Form eingefüllt werden, z.B. Eisen-oder Magnesitgranulat..Als billigste Lösung wäre auch eine Füllung mit trockenem Sand und Kies denkbar sowie Kombinationen der verschiedenen Speicherstoffe. Da die Speichermasse und der Wasserinhalt das Hauptgewicht des Speichers darstellen, ist der Transport des leeren Speichers trotz seiner Kompaktheit noch leicht zu bewerkstelligen. Für eine Demontage kann das Wasser sowie auch die lose Speicherfüllung entleert werden, letztere durch ein mit einer Isolierung verschlossenes Entleerungsrohr 5.

Claims (7)

1. Patentansprüche 1. Elektrospeicher für Warmwasserheizung mit Speicherung der Wärme in einem hocherhitzten Kern, Wärmeübertragung aus dem Kern an das Heizwasser direkt und im gleichen Behälter und automatischer Regelung der Wassertemperatur unter Ausnutzung der Dampfentwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Speicher in Kompaktbau-. weise ausgeführt ist, wobei der hocherhitzte Speicherkern von einem Wassermantel umgeben ist, der vom Speicherkern durch einen Verdampferraum getrennt ist.
2. 2. Elektrospeicher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Wärmeaustauscher im Warmwassermantel, zur@Erzeugung von Brauchwarmwasser.
3. 3. Elektrospeicher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherenergie und damit die Speichertemperatur zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit dem voraussichtlichen Energiebedarf angepaßt wird.
4. 4. Elektrospeicher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Wassermantel durch stetig oder stufenweise arbeitende Überströmregler auf einstellbare Werte regelbar ist.
5. 5. Elektrospeicher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,.daß eine als Zusatz- oder Notheizung bzw. der Abfallverbrennung dienende Einrichtung zur Beheizung mittels Brennstoffen vorgesehen ist.
6. 6. Elektrospeicher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, das als Speichermaterial für den Kern (3) ein in einen tragenden und formgebenden Mantel eingefülltes Schüttgut, beispielsweise Sand, Eisengranulat oder ähnliches, auch eine Mischung derartiger Stoffe benutzt wird. .
7. 7. Anwendung von Elektrospeichern nach den Ansprüchen 1 bis 6 als Zusatzheizung für Wärmepumpenanlagen.