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Elektro-Wärmespeicher mit eingebauter Verdampfer-Kammer Die hier unter
Schutz gestellte Erfindung betrifft einen Elektro-Wärmespeicher, der mit niedertariflicher
Elektroenergie gespeist wird und dessen Wärme-Inhalt zur Dampferzeugung innerhalb
einer eingebauten Verdampfer-Kammer herangezogen wird. Dieser Dampf wird einem Kondensator
zugeleitet, wo er zur'Erwärmung eines dort durchströmenden sekundären Mediums dient,
das zum Beispiel für die@Warmwasserversorgung oder-zur Gebäudeheizung verwendbar
ist.
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Beiden bisher bekannten Speicher-Verdampfern dieser Art ist der Kondensator
an einer beliebigen Stelle außerhalb des Wärmespeichers angeordnet. Die Verdampfer-Kammer
des Speichers ist dabei mit dem Kondensator durch eine Dampfzufuhrleitung und durch
eine Kondensat-Rückflußleitung verbunden. Um den räumlichen, preislichen und konstruktiven
Aufwand dabei zu vermindern,,ist bereits vorgeschlagen worden, den Kondensator
nicht räumlich getrennt vom Wärmespeicher
sondern direkt an
diesen angrenzend anzuordnen. Hierdurch werden die verbindenden Leitungswege wesentlich
kürzer. Auch die ungewollten Energieverluste, die naturgemäß bei einer Zwischenübertragungsstrecke
entstehen, sind bei einer Bauweise dieser Art geringer.
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Der,Anmelder hat sich nun die Aufgabe gestellt, den konstruktiven
Aufwand für diese Verbindungsleitungen noch weiter zu reduzieren ünd dabei gleichzeitig
den Überträgungs-Wirkungsgrad sowie die Übertragungsgeschwindigkeit vom Verdampfer
zum Kondensator hin wesentlich zu begünstigen. Die erfinderische Lösung besteht
darin, daß der Kondensator wenigstens teilweise innerhalb des Verdampfers verläuft,
der seinerseits zumindest größtenteils von der Wärmespeichermasse umschlossen ist.
Bei dieser Anordnung gelangt der in der Verdampfer-Kammer entstehende Dampf sofort
an die äußeren Flächen des ebenfalls in dieser Kammer angeordneten Kondensators,
so daß besondere Übertragungsleitungen hierbei eingespart werden können. In konstruktiver
und preislicher Hinsicht ergeben sich dabei noch weitere Vorteile, denn Verdampfer
mit darin angeord= netem Kondensator können werkseitig als eine bauliche-Einheit
hergestellt und geliefert werden.-Wärmespeicher mit Verdampfer gemäß dem-hier vorliegenden
Gattungsbegriff müssen sehr häufig an Aufsllungsorten.derart errichtet werden, daß
hinterher nur eine einzige Außenseite für die weitere Installation frei zugänglich
zur Verfügung steht: Besonders für diese Anwendungsfälle empfiehlt sich dieVerwendung
eines weiter-reichenden Merkmales der vorliegenden Erfindung: Es handelt sich
um
eine solche Gestaltung und Anordnung des Kondensators, bei der
sowohl
die in den Verdampfer hinein- als auch die aus dem Verdampfer
herausführende
Anschlußleitung des Kondensators an derselben Außenseite des Wärmespeichers angeordnet
ist. Bei einer derartigen Konstruktion empfiehlt sich vorzugsweise eine etwa U-förmig
oder haarnadelförmig verlaufende Gestaltung des Kondensators, . dessen beide Schenkel
dann die zuführende und die hinwegführende Leitung für das den Kondensator durchströmende
sekundäre Medium bilden.
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Sofern jedoch eine solche Anordnung und Bauweise von den Aufstellungsbedingungen
des Speichers/Verdampfers her nicht zwingend erforderlich ist, empfiehlt sich eine
symmetrische Bauweise, bei der konzentrisch innerhalb des Verdampfers der Kondensator
angeordnet werden soll, dessen zuführende und wegführende Leitungsanschlüsse dann
an einander gegenüberliegenden Seiten des Wärmespeichers in die Kammer hinein- und
aus der Kammer herausführen sollen.
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Grundsätzlich wird vorgeschlagen, den Kondensator derart zu gestalten,
daß seine horizontalen Außenflächen insgesamt größer sind als seine vertikalen Außenflächen.
Damit ergibt sich ein nur kurzer Weg für das nach dem Kondensieren herabrinnende
Kondensat. Dieses Kondensat, das dann hauptsächlich am unteren Bereich der vertikalen
Kondensatorflächen haftet, bildet dort eine reine Flüssigkeitsschicht mit einer
dementsprechend ungünstigeren Wärme-Leitzahl, wodurch der Übertragungswirkungsgrad
vom Dampf zum Kondensator hin beeinträchtigt werden würde. Wenn hingegen entsprechend
der Erfindung die vertikalen Kondensatorflächen so kurz wie möglich gewählt werden,
dann wird das Kondensat nach einem jeweils sehr kurzen Rinnweg den Kondensator tropfend
verlassen und in den tiefsten Bereich des Verdampfers zurückfließen.
Dieser
vorgenannte Effekt wird auch dann und zwar ohne eine besonders konstruierte Querschnittsform
des Kondensators erreicht, wenn der Kondensator innerhalb des Verdampfers größtenteils
oder möglichst sogar vollständig horizontal angeordnet wird. Gemäß den vorstehenden
Erläuterungen ergibt sich dadurch ein erheblich besserer Wirkungsgrad als bei den
bisher üblichen, sich vertikal erstreckenden Kondensatoren, die obendrein getrennt
vom Speicher und vom Verdampfer angeordnet waren.
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Die Vorteile der horizontalen Anordnung bleiben auch dann erhalten,
wenn der Verdampfer sowie der konzentrisch in ihm verlaufende Kondensator schräg
geneigt innerhalb des Speichers angeordnet werden. Bei einer solchen Anordnung tritt
noch 'vorteilhaft hinzu, daß der Dampf innerhalb des Verdampfers in@Form einer,Säule
steht, die deutlich unterschiedliche Höhenschichten aufweist. An der höchsten Stelle
kann dann zur Verbesserung der Betriebssicherheit ein Überdruckventil angeordnet
werden; das vom Kondensator herabträufelnde Kondensat kann bequem wieder an die
tiefste Stelle des Verdampfers zurückfließen. Das hierbei deutlich hervortretende
Höhenniveau der Übergangsschicht zwischen Dampf und Flüssigkeit ändert sich selbstregelnd
je nach dem Grad der Speicherfüllung und der momentanen Entladung des Kondensators.
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In der beigefügten Zeichnung sind.mehrere Ausführungsbeispiele für
die Merkmale der hier vorliegenden Erfindung dargestellt: Figur 1 zeigt einen vertikalen
Längsschnitt durch einen Wärmespeicher mit eingebautem Verdampfer und Kondensator
gemäß der Erfindung
Figur 2 zeigt in vergrößerter Darstellung einen
Schnitt entlang der Linie II-II innerhalb Figur 1 Figur 3 zeigt eine Ansicht ähnlich
Figur 1, jedoch bei einer Ausführung mit anders.geformtern Kondensator Figur 4 zeigt
eine weitere Möglichkeit für die Gestaltung des Kondensator-Querschnittes Der Elektro-Wärmespeicher
1 besteht im wesentlichen aus der Speichermasse 3, die mit elektrischen Heizleitern
8 versehen ist, und außen von einer thermisch isolierenden Hülle 2 umschlossen wird.
Innerhalb der Speichermasse ist eine zylinderförmig Best altete Verdampferkammer
4 angeordnet, die ihrerseits von einem im wesentlichen rohrförmigen Kondensator
5 der Länge nach durchdrungen wird. Im betriebsbereiten Zustand ist die Verdampferkammer
4 mit einer Flüssigkeit gefüllt. Nach dem Aufheizen des Speicherkernes 3 mit Hilfe
niedertariflicher Elektro-Energie bildet sich in der Verdampfer-Kammer der gewünschte
Dampf 7, der jedoch nicht entnommen werden soll, sondern zur Wärmeabgabe an den
Kondensator 5 dient. Sobald dieser Kondensator von dem sekundären Wärmeträger 13,
zum Beispiel Wasser, durchströmt wird, erwärmt sich dieser, so daß er dann über
die Leitung 10 zu den eigentlichen Verbraucherstellen geleitet und abgekühlt an
die Zufuhrleitung 9 zurückgeschickt werden kann. . .
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Je nach Ladezustand des Speichers 3, also entsprechend dessen momentaner
Temperatur können die Menge und der Druck des innerhalb der Kammer 4 vorhandenen
Dampfes 7 unterschiedlich groß sein, so
daß es sich empfiehlt, möglichst
den tiefsten Punkt dieser Kammer mit einem Flüssigkeits-Ausdehnungsgefäß 11 zu verbinden,
und im oberen Bereich des Verdampfers ein Überdruckventil 4a anzuordnen.
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An der Darstellung in Figur 2 ist zu erkennen, daß die Speichermasse
3 aus einer oberen Schicht 3a und einer unteren Schicht 3b besteht, die einen ständigen
Abstand 12 voneinander haben, so daß zwischen den Flächen dieser Speichermassen
und dem Verdampfer 4 ein ständiger, inniger, durch, den Gewichtsdruck herbeigeführter
Kontakt besteht, wodurch der Wärmeübergang vom Speicher zum Verdampfer optimal erfolgen-kann
und auch bei stark abgesunkener Speichertemperatur aufrechterhalten bleibt. , Figur
3 zeigt eine konstruktive Variante, bei der ein haarnadelförmig gestaltetes Kondensatorrohr
5a gewählt wurde. Diese Ausführungsform ist für beengte Aufstellungsbedingungen
besonders geeignet, denn sie gestattet, daß sowohl die Anschlußleitung 9 als-auch
die wegführende Leitung 10 an ein und derselben Seite des Speichers angeordnet sein
können. Auch bei dieser Konstruktion wurde darauf geachtet, daß die vertikalen Außenflächen
des Kondensators 5a so kurz wie möglich gehalten werden, damit die Rinn-. wege des
Kondensats kurz bleiben. Unter diesem Gesichtspunkt ist auch das in Figur 4 abgebildete
Hohlprofil 5b gestaltet, das .'sich ebenfalls vorzüglich zur horizontalen Anordnung
als Kondensator eignet: Die horizontale Fläche 5c ist relativ groß, während
die
nach unten verlaufenden Kondensat-Rinnwege an den übrigen'
Flächen
5d extrem kurz bleiben.
Sämtliche Merkmale, die in der Beschreibung
einschließlich Zeichnung sowie in den Ansprüchen 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.