DE1579953A1 - Elektrisch beheiztes Speicherwaermeaustauschgeraet - Google Patents

Description

• Elektrisch beheiztes Speicherwärmeaustauschgerät Die-Erfindung betrifft ein elektrisch beheiztes Speicherwärmeau8tauschgerät, welches im Speicherkern gespeicherte Wärme über ein Wärmeträgermittel regelbar an einen mit -einem äußeren Herizungssystem verbundenen Wärmetauscher abgibt, der in veränderbarer Wärmekopplung mit dem Speicherkern steht.
• Es ist ein Wärmespeicherofen bekannt, bei dem ein Ventilator .das Wärmeträgermittel Luft durch Kanäle im Speicherkern bläst. Die Ansaugöffnung für die Kaltluft ist dabei auf der einen Seite des Speicherofens angeordnet, während die Warmluft nachdem Durchstreichen des Speicherkerns auf der gegenüberliegenden Seite austritt und den ihn unmittelbar umgebenden als Wärmeverbraucher zu betrachtenden Raum beheizt: Zur Regelung der den Speicherkern durchsetzenden Luftmenge in Abhängigkeit von der Speicherkerntemperatur ist in den Stromkreis des Ventilatormotorsein ` Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten eingeschaltetn,'der in unmittelbarer, Wärmeschluß mit dem Speicherkern steht. Weiterhin ist ein Wärmespeicherofen bekannt, bei dem im Speicherkern gespeicherte Wärme überein Wärneträgernittel an einen mit einem äußeren Heizungssystem verbundenen Wärme-Lauscher abgegeben wird. Dieser Wärmespeicherofen besteht aus einem isolierten, mit Luftkanälen versehenen. Speicherkern, um den eine wasserführende Rohrschlange gelegt ist, deren oberes und unteres Ende.an ein Warmwasserheizungssystem angeschlossen ist. Die Rohrschlange wird von der aus den Luftkanälen des Speicherkerns austretenden Heißluft beaufschlagt. Bei diesem bekannten Gerät ist von Nachteil, daß nur der unmittelbar dem Ausblasende des Luftkanals nachgeschaltete Teil der Rohrschlange eine ausreichende Beaufschlagung durch die aus dem Kern austretende Heißluft erfährt. Der dem Einblasende des Luftkanals vorgeschaltete Teil der Rohrschlange erfährt aber nur noch eine geringe .Järmebeaufschlagung, da dem Heißluftstrom bereits der größte Teil der Wärme entzogen ist. Es yrird also ein Teil des Wärmetauschers und Gerätes ständig unter einem extrem hohen Temperatureinfluß stehen, was zu einer Beschädigung an.Teilen der Anlage infolge örtlicher Überhitzung führenkann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Speicherwärmeaustaüscher so aufzubauen, daß eine Überhitzung und somit Beschädigung von Teilen des Gerätes vermieden. wird. Diase.Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Kombination folgender an sich bekannter Merkmale gelöst, nämlich daß der von einer Zwischenisolationsschicht umgebene Speicherkern sich von einem Ende des Speicherkerns zum anderen Ende erstreckende :Kanäle aufweist, däß in der Zwischenisolationsschicht zu den Kanälen führende Durchbrüche vorgesehen sind, daß gegenüber den Durchbrüchen an einem Ende des Speicherkerns der Wärmetauscher angeordnet ist, daß zwischen der einen Stirnseite des Speicherlcerns und der den Speicherkern umgebenden wärmeisolierenden =I@mhüll@xng ein Raum gebildet ist, in dem ein von einem steuerbaren Motor antreibbares Flügelrad angeordnet ist.
• , Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen vor allem darin, daß der Wärmetauscher vollständig im Heißluftstrom zu liegen kommt,-wodurch eine gleichmäßige Erwärmung des durch den Wärmetauscher strömenden Heizungswassers erreicht und eine örtliche Überhitzung des Wärmetauschers vermieden wird. Ausführungsbeispiele.sind in den Zeichnungen dargestellt und werden anhand dieser näher beschrieben. Es :zeigen: .F.g. .'i ein Speicherwärmeaustauschgerät mit in sich geschlossenem Wärmeträgermittel-Kreislauf für gasförmige Stoffe, wobei die Rückführung des Gases außerhalb des Speicherkerns erfolgt, .Fig. 2 ein Speicherwärmeaustauschgerät,bei dem die Rückführung des Wärmeträgermittels durch einen gesonderten Kanal im Speicherkern erfolgt, Feg:. _3 ein Speicherwärmeaustauschgerät, bei dem in den erleg -des Wärmeträgermittels ein thermisch gesteuertes Vene til eingesetzt ist, Fig. 4. und 5 je ein Speicherwärmeaustauschgerät mit vollkommen vom Speicherkern entkoppeltem Wärmetauscher, Fig. 6 ein Speicherwärmeaustauschgergt mit die Ein- und Austrittsöffnungen des Speicherkerns verschließenden, abhebbaren Deckeln. In Fig. 1 ist ein Speicherwärmeaustauschgerät dargestellt, bei. dem ein Speicherkern 1 innerhalb einer wärmeisolierenden Umhüllung 2 so angeordnet ist, daß zwischen dem mit. einer Zwischenisolationsschicht 3, 3' umgebenden.Speicherkern 1 und der Umhüllung 2 ein Spalt 4 gebildet wird. Der elektrisch beheizte Speicherkern 1 ist von parallel zueinander verlaufenden Kanälen 5 durchzogen, zu denen in der stirnseitigen Zwischenisolationsschicht 3' vorgesehene Durchbrüche 6 führen. Diese Durchbrüche 6 weisen. gegenüber der Achse der Kanäle 5 in vorteilhafter Weise eine Neigung auf oder sind V-förmig ausgebildet. An einem Ende des Speicherkerns befindet sich ein die dort angeordneten Durchbrüche 6 umschließender Führungsring ?, innerhalb dem ein Flügelrad 8 angeordnet ist, das mittels eines außerhalb der Umhüllung 2 befestigten Motors 9 angetrieben werden kann. Gegenüber den Durchbrüchen 6 am anderen Ende des Speicherkerns 1 befindet sich ein Wärmetauscher 10, der in den Kreislauf eines außen angeschlossenen Heizsystems eingeschaltet ist. Dieses Heizsystem umfaßt beispielsweise mindestens einen Radiator 11 sowie eine in das Zeitungssystem eingesetzte Umwälzpumpe 12 und eine Venturidüse 13 mit angeschlossener Druckmeßdose 14, die einen im Stromkreis des Motors 9 liegenden Kontakt 15 betätigt, zu dem in Serie ein weiterer Kontakt 16 eines die Temperatur des Heizungswassers überwachenden Vorlaufthermostaten 1? geschaltet ist. Die Arbeitsweise diesbs nach des Erfindung aufgebauten Speicherwärmeaustauschgerätes mit angeschlossenem äußeren Heizsystem ist so, daß mittels des Flügelrades 8 ein geeignetes Wärmeträgermittel, z.B. Luft, durch die Durchbrüche 6 in die Kanäle 5 des mit billigem Nachtstrom aufgeheizten Speicherkerns 1 gedrückt wird, das danach durch die Durchbrüche 6 am anderen Ende des Speicherkerns 1 austritt und Wärmeenergie an den nachfolgend angeordneten Wärmetauscher 10 abgibt. Nach dem Umströmen des Wärmetauschers 10 wird die -Luft umgelenkt und durch den Spalt 4 zurück zum Flügelrad 8 zur erneuten Aufheizung gefÜhrt. Um zu vermeiden, daß Wärme von Speicherkern 1 durch direkte Strahlung austritt, verlaufen die Durchbrüche 6 schräg zur Achse der Kanäle 5 oder sie sind zur weiteren Verminderung der direkten Strahlung V-förmig ausgebildet. Dadurch wird verhindert, daß bei einem Ausfall der Umwälzpumpe 12, wobei durch die Druckmeßdose 14 über den Kontakt 15 auch der Motor 9 für das Flügelrad 8 abgeschaltet wird, das im Wärmetauscher 10 verbleibende Heizwasser verdampft und dadurch ein unzulässig hoher Druck im Heizsystem entsteht. Zur Regelung der Wassertemperatur im Normalbetrieb ist an der das aufgeheizte Heizwasser führenden Zeitung ein Vorlaufthermostat 17 angebracht, der-mit seinem Kontakt 16 bei Erreichen der geforderten Heizwassertemperatur den Motor 9 des Flügelrades 8 abschaltet.
• Dann ist die Wärmekopplung zwischen Speicherkern 1 und Wärmetauscher 10 soweit vermindert, daß gefährliche Übertemperaturen nicht mehr auftreten können. Außerdem bringt die Kombination von Speicherkern 1 und Wärmetauscher 10 innerhalb der. Umhüllung 2 einen geringen Aufwand an Isoliermaterial und eine günstige -Raumausnutzung mit sich. ' Eine-Verringerung an Isoliermaterial und Raumbedarf ist noch zu erreichen, wenn eine Ausbildung nach Fig. 2 gewählt wird. Hierbei ist der Speicherkern 1 unmittelbar. von der wärmeisolierenden Umhüllung 2 umgeben und Flügelrad 8 und Wärmetauscher 10 an einem Ende des Speicherkerns 1 angeordnet, wobei zwischen beiden eine Umlenkplatte 18 vorgesehen ist. Bei dieser Ausführung wird das Wärmeträgermittel vom Flügelrad 8 durch einen oder mehrere Kanäle 5 im Speicherkern 1 gedrückt, am anderen Ende umgelenkt und durch andere, zum Wärmetauscher 10 führende Kanäle 5 zurückgeführt. Durch die Umlenkplatte 18 wird das Wärmeträgermittel strömungsrichtig zum Flügelrad 8 geleitet. Die Steuerung des Motors 9 zur Veränderung der Wärmekopplung erfolgt dabei wie in rig. 1 gezeigt. Um einen gleichmäßigeren Wärmeentzug über eine längere Zeit zu erzielen, kann. es von Vorteil sein, zwei in rig. 2 dargestellte Speicherkerne baulich so zu vereinigen, daß das erhitzte Wärmeträgermittel auf einen gemeinsamen Wärmetauscher 10 gelangt. Dann besteht die Möglichkeit bei hoher Speicherkerntemperatur zunächst nur einen Speicherkern teilweise.zu entladen, danach.. den zweiten auf etwa Bleiche Temperatur und schließlich beide gleichzeitig vom Wärmeträgermittel durchströmen zu lassen. Soll dagegen bei nur einem Speicherkern 1 die Wärmekopplung zwischen Speicherkern 1 und Wärmetauscher 10 durch Veränderung. der Durchsatzmenge an Wärmeträgermittel erfolgen, dann ist es zweckmäßig, mehrere Flügelräder 8 vorzusehen, die mit sinkender Temperatur des Speicherkerns 1 nacheinander durch temperaturabhängige Glieder zur Wirkung kommen. Diese Glieder sind z.B. temperaturgesteuerte mechanische .Kupplungen oder in die Strom-. züführung der Motoren für die Flügelräder eingeschaltete-Widerstände mit positivem Temperaturkoeffizienten, die vom Speicherkern 1 beeinflußt werden. In Fig. 3 ist eine weitere Lösung zur selbsttätigen Steuerung der Wärmekopplung dargestellt. In den Spalt zwischen Umlenkplatte 18 und Umhüllung 2 ist in besonders vorteilhafter Weise-eine schwenkbare Klappe 19 eingebaut, die mittels eines Bimetallelementes 20 so von der Temperatur des Wärmeträgermittels gesteuert wird, daß bei stetig umlaufendem Flügelrad die auf den Wärmetauscher 10 geführte Wärmemenge über einen weiten Temperaturbereich des Speicherkerns 1 annähernd konstant bleibt. Eine vollständige wärmemäßige Entkopplung des Wärmetauschers 10 vom Speicherkern 1 ist mit einer Vorrichtung durchführbar, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist. Dort ist der Wärmetauscher 10 auf einem Isolierteil 21 befestigt, das in eine Ausnehmung in der Umhüllung 2 eingesetzt und durch einen Anker 22 eines Elektromagneten 23 gegen Herausfallen gesichert ist. Am Anker 22 greift eine Rückzugfeder 24 an..Die Wicklung des Elektromagneten 23 steht ständig unter Strom und ist an das die Umwälzpumpe 12 speisende Netz unmittelbar angeschlossen. Tritt nun der Fall ein, daß die Umwälzpumpe 12-2.B. durch Netzspannungsausfäll außer Betrieb gesetzt wird, dann besteht die Gefahr, daß das Wasser im Wärmetauscher verdampft und einen gefährlichen Überdruck indem Heizsystem erzeugt. Da jedoch gleichzeitig auch der Elektromagnet 23 stromlos wird, wird die Verriegelung des Isölierteiles 21 durch die auf den Anker .22 wirkende Rückzugfeder 24 gelöst und der Wärmetauscher gleitet in einer geeigneten Führung aus dem Strahlungsbereich des Speicherkerns 1 heraus, wie es gestrichelt dargestellt ist. Eine verbesserte Ausführung-einer Entkopplungseinrichtung für einen Gefahrenfall geht aus Fig. 5 hervor. Hierbei ist die Umhüllung 2 im Bereich. des Wärmetauschers 10 unterbrochen und in die Ausneh-. mung ein bogenförmiges Mantelteil 25 eingesetzt. An diesem beispielsweise in gleicher Art wie in Fig. 4- verriegelten Mantelteil 25 greift z.B. eine Feder (flicht dargestellt) an, die bei Auslösen der Verriegelung den Mantelteil 25 so.verstellt, daß er als Abschirmung zwischen Speicherkern 1 und Wärmetauscher 10 zu liegen kommt (gestrichelte Darstellung). Dann wird der Wärmetauscher 10 rasch durch die kalte Umgebungsluft abgekühlt, des Speicherwärmeaustauschgerätes selbst aber abge-' 2chl ossen. Eine vorteilhafte Ausbildung zur wärmemäßigen Entkopplung eines J:Deicherkerns 1 mit - aufwärts gerichteten Kanälen 5 und einem darüber angeordneten Wärmetauscher 10 zeigt Fig. 6. Hierbei befindet sich der Speicherkern 1 in einer ihn umschließenden Zwischenisolationsschicht 3, in der eine Eintrittsöffnung 26 an der Unterseite und eine Austrittsöffnung 27 auf der dem Wärmetauscher 10 zugeordneten Seite vorgesehen ist. Diese Öffnungen lind mit je einer isolierten Klappe 28 abgeschlossen, :o daßpraktisch keine Wärme auf den Wärmetauscher 10 gelangen kann. Erst trenn durch den I-Totor 9. das Flügelrad 8 in Betrieb gesetzt ::ird, öffnet das Wärmeträgermittel durch seinen Druck die Klappen 28 und beheizt den Wärmetauscher 10.

Claims (2)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Elektrisch beheiztes Speicherwärmeaustauschgerät, welches im Speicherkern gespeicherte Wärme über ein Wärmeträgermittel regelbar an einen mit einem äußeren Heizungssystem verbundenen Wärmetauscher abgibt, der in veränderbarer Wärmekopplung mit dem Speicherkern steht, gekennzeichnet durch die Kombination folgender an sich bekannter Merkmale, nämlich, daß der von einer Zwischenisolationsschicht (3) umgebene Speicherkern (1) sich von einem Ende des Speicherkerns zum anderen Ende erstreckende Kanäle (5) aufweist, daß in der Zwischenisolationsschicht (3) zu den Kanälen (5) führende Durchbrüche (6,26,27) vorgesehen sind, daß gegenüber den Durchbrüchen an einem Ende des Speicherkerns (1) der Wärmetauscher (10) angeordnet ist, c@ß zwischen der einen Stirnseite des Speicherkerns (1) und de r° den Speicherkern umgebenden wärmeisolierenden-Umhüllung (2) ein"Raum (4) gebildet ist, in dem ein von einem steuerbaren Motor (9) antreibbares Flügelrad (8) angeordnet ist.
2. 2. Speicherwärmeaustauschgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkern (1) wenigstens zwei von einem zum anderen Ende durchgehende Kanäle (5) aufweist, daß an einem Ende des Speicherkerns (1) gegenüber dem einen Kanal (5) ein Flügelrad (8) und gegenüber dem anderen Kanäl (5) ein Wärmetauscher (10) angeordnet ist, und daß Speicherkern (1), Wärmetauscher (10) und Flügelrad (8) derart mit einer wärmeisolierenden Umhüllung (2) umschlossen sind, d aß an den Enden des Speicherkerns (1) Verbindungswege zwischen den Kanälen (5) gebildet sind. 3. Speicherwärmeaustauschgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkern (1) gegenüber dem Wärmetauscher (10) und dem Flügelrad (8) mit einer Zwischenisolationsschicht (3') abgeschirmt ist, in der zu den Kanälen (5) führende Durchbrüche (6) vorgesehen sind. 4. Speicherwärrieaus tauschgerät nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (6) schräg zu den Achsen der Kanäle (5) verlaufen. 5. Speicherwärmeaustauschgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (6) in Längsrichtung unterschiedliche Neigungen gegenüber den Achsen der Kanäle (5) aufweisen. 6. Speicherwärmeaustauschgerät nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Flügelrad (8) zusätzliche wenigstens ein Flügelrad höherer Luftfördermenge mittels einer thermisch gesteuerten Kupplung kuppelbar ist. 7. Speicherwärmeaustauschgerät nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spalt zwischen Umlenkplatte (18) und Umhüllung (2) eine temperaturabhängige steuerbare Klappe (19) drehbar gelagert ist. B. Speicherwärmeaustauschgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe mittels eines Bimetallelementes@ (20) steuerbar ist. 9. Speicherwärmeaustauschgerät nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet,-daß der Speicherkern (1) in mehrere.Teilkerne unterteilt ist und daß jedem Teilkern ein getrennt antreibbares.Flügelrad (8) zugeordnet ist. 10. Speicherwärmeaustauschgerät nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (6,26,27) mittels einer abliebbaren Klappe (28) aus c:ärmeisolierendem Stoff abgedeckt sind. 11. Speicherwärmeaustauschgerät nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, da? der Wärmetauscher auf einem in die Umhüllung (2) einschwenkbaren Isolierteil (21) befestigt ist. 12. Speicherwäriiieauc.tau"c:ligerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierteil (21) durch eire elektrisch staüerbare VerriegeluiigseiiiriclitiLiG (22, =1 ,_4) in der Umhüllung M kostgesetzt ist. 13. Speicherwärmeaustauschgerät nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Uiahullung (2) im Bereich die Vämetauschers (10) einen boGenfärmigen Mantelteil (25) auf-weist, der zwischen Speicherkern (1) und Wärmetauscher (10) einschwenkbar ist.