DE1953604A1 - Speicherheizvorrichtung - Google Patents

Speicherheizvorrichtung

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DE1953604A1
DE1953604A1 DE19691953604 DE1953604A DE1953604A1 DE 1953604 A1 DE1953604 A1 DE 1953604A1 DE 19691953604 DE19691953604 DE 19691953604 DE 1953604 A DE1953604 A DE 1953604A DE 1953604 A1 DE1953604 A1 DE 1953604A1
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heating
heat
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DE19691953604
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Guenther Prof Dipl-Phys Kurtze
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Saint Gobain Isover G+H AG
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Gruenzweig und Hartmann AG
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H7/00Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release
    • F24H7/02Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid
    • F24H7/0208Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid using electrical energy supply

Description

  • Speicherheizvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Speicherheizvorrichtung mit elektrischer Heizquelle und einem Spelcher bzw.
  • Speichersystem aus Latentspeichermessen enthaltenden Elementen, wobei insbesondere solche Latentaspeichermassen Anwendung finden, die bei der gewünschten Speichertemperatur schmelzen, und wobei die Wärme von der Heizquelle zum Speicher bzw. vom Speicher auf den zu beizenden Raum, Gegenstand usw. durch ein flüssiges Medium Übertragen wird.
  • Speicherheizvorrichtungen dieser Art finden vielfache Anwendung. Sie können test eingebaut werden oder beweglich, z.B fahrbar, gestaltet sein. Sie sind weiterhin zum Einbau in Warmwasserspeicher und dergleichen geeignet. Insbesondere unter Ausnutzung der billigen Nachstromtarife dienen sie der elektrischen Beheizung von Wohn- und Arbeitsräumen. Herbei mu3 die Wärmespeicherkapazität so bemessen sein, daß die Tageszeiten, zu denen Strom nur mit Normaltarif bezogen werden kann, überbrückt werden Da in der Regel auch um die Mittagszeit Niedertarifatrom zum Nachheizen der Geräte zur Verfügung steht, ist der zu überbrückende Zeitraum gewöhnlich nicht länger als 4 Stunden. d.h. es werden zur Beheizung von Wohnräumen Speicherkapasitäten in der Größenordnung von 4.000 kcal - 10 000 kcal benötigt.
  • Als Speichermassen für Speicherheizvorrichtungen werden t.Zt. vorwiegend keramische Substanzen mit hoher spezifischer Wärme (z.B. Magnesit-Steine) eingesetzt, die auf Temperaturen bis zu 7500 C erhitzt werden. Es sind deshalb erhebliche Isolierstärken erforderlich1 damit eine unerwünschte vorzeitige Wärmeabgabe verhindert wird. Durch diese großen Isolierstärken wird das Volumen der Geräte beträchtlich vergrößert. Die hohen Temperaturen haben überdies den Nachteil, daß durch verbrennende Staubpartikel in der Kühlluft eine Geruchsbelästigung hervorgerufen werden kann.
  • Zur Vermeidung der vorstehend erwähnten Schwierigkeiten sind auch schon Speicherheizgeräte bekannt geworden, welohe Wärme unter Ausnutzung von latentspeichermaasen bei tieferen Temperaturen speichern.
  • Latentspeichermassen sind bekanntlich solche Stoffe bzw. Gemische, die durch Wärmeaufnahme bzw. -abgabe eine reversible Zustandsänderung erfahren, wie z.B. eine Umkristallisation oder ein Schmelzen. Es ist bekant, kristallwasserhaltige Salze, wie z.B.
  • Glaubersaltz oder Natriumbiphosphat, für diese Zwecke einzusetzen. Beide Salze spalten bei Temperaturen um 35° C Kristallwasser ab und nehmen dabei Wärmemengen in der Größenordnung von 40 kcal/kg auf.
  • Es iot bei diesen Salzen jedoch schwierig, die Umkehrbarkeit des Vorganges zu gewährleisten, weil in warmem Zustand ein Zweistoffsystem ( wasserfreies Salz und Wasser) vorliegt, daß zur Sedimentation neigt. Besser geeignet sind Einstoffsysteme, wie z. B. Bienenwachs, des bei ca. 700 C schmilzt und eine Schmolzwärme von Uber 40 kcal/kg aufnimmt. Da hier keine Eatmischung stattfinden kann, ist ee unter Anwendung bekannter Mittel sehr leicht möglich, die unbegrenzte Reversiblität des Speichervorgangs au sichern.
  • Bei der Konstruktion von Heizgeräten, die mit Latentspeichermassen arbeiten, kommt es wesentlich darauf an, einen guten Wärmeübergang vom elektrischen Heizelement zur Speichermasse sicherzustellen, weil die Speichermassen durch lokale Überhitzung zerstart werden können, Es ist bekannt, su diesem Zweck Heisfolien zu verwenden, die an einem möglichst großen Teil der Oberfläche der Speicherelemente anliegen. Eine einwandfreie Absicherung gegen das Entstehen lokaler Übertemperaturen ist damit jedoch nicht gegeben, so dass ein relativ grosser Aufwand mit Kontroll- und Regeleinrichtungen betrieben werden muss. Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Schwierigkeiten zu beseitigen und zugleich einen besseren Wärmeübergang vom Heizelement zum Speicherolemont zu ermöglichen.
  • Gleichzeitig soll eine kürzere Aufheizzoit benötigt werden.
  • Es wird eine Speicherheizvorrichtung mit elektrischer Heizquelle und ein cm Speicher bzw. Speichersystem aus Latentspeichermassen entlialtendon Elementen vorgeschlagen, wobei insbesondere solche Latentspeichermassen Anwendung finden, die bei der gewünschten Speichertemperatur schmelzen und wobei die Wärme von der Heizquelle zum Speicher bzw. vom Speichersystem auf den zu heizenden Raum, Gegenstand und dergleichen durch ein zwischengeschaltetes Medium übertagen wird. Die erfindungsgemässe Speicherheizvorrichtung ist durch ein flüssiges Wärmeträgermedium gckennzeichnet.
  • Hierdurch wird die vorstehend erwähnte Aufgabe in optimaler Weise gelöst. Es wird ferner eine bisher nicht erreichte Gleichmässigkeit der Entladung bei konstanter Temperetur der R-adiatopberilache erziclt, welche bei Verwendung als Raumheizung die Wärme au den zu beheizenden Raum abgibt.
  • Das flüssige Wärmeträgermedium dient in erster Linie zum Transport der Wärme von der Heizquelle zu dem Spoicher bzw. Speichesystem. Insbcoondere bei der Verwendung der vorgeschlagenen Vorrichtung als Raumheizung ist es zweckmäßig, wcnn das flüssige Wärmeträgermedium auch für die Übertragung der Wärme zwischen dem Speicher bzw. dem Speichersystem und dem zu heizenden Raum vorgesehen ist.
  • Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Speicherheizgerät konn verschieden aus gestaltet sein, beweglich oder fest eingebaut und durch eine oder mehrere isolicrende Trennwände derart unterteilt werden, daß ole 3eheizung in oehreren Stufen möglich ist. Dos Gerät wird mit Vorteil auch als Warmwasserspeicher angewandt. In diesem Pall ist das Wasser zueleich Wärmeträger zum Aufladen der Speicher und zu heizendes Medium.
  • Bei Verwendung als Raumheizung empfichlt es sich, als flüssiges Wärmeträgermedium Wasser oder ein geeignetes Öl zu verwenden, wobei es sich als vorteilhaft erwiesen hat, daß die Flüssigkeit z.B. bei schweren Heizgeräten erst nach der Montage an Ort und Stelle eingefüllt werden kann.
  • Der Speicher bzw. das Speichersystem enthält Speicherelemente mit Latentspeichermassen, deren Haltetemperatur dem jeweiligen Vorwendungszweck angepaßt gewählt werden ksnn. Gegebenenfalls ldßt sich die optimale Latentspeichermasse auu der großen Zahl der hierfür bekanntgewordenen Substanzen durch geeigneto einfache Vorversuche ermitteln.
  • Durch die erfindungsgemäß Vorgeschlagene flussige Wärmeträgersubstanz werden verblüffende Vorteile erzielt. Hervorzuheben ist insbesondere die gleichmäßige Temperatur im gesamten Gerät durch Konvektion der Flüssigkeit, die einfache Temperaturkontrolle zur Vermeidung von Uberhitzungen, der bestmögliche Wärmeübergang an den Oberflächen von Heizelement, Spaicherelement und Radiator, die leichte Auswechaelbarkeit von Heiz- und Speicherelementen. Bereits nach dem Aufheizen der Wärmeträgerflüssigkeit, also noch vor dem Aufladen der Speicherelemente steht die volle Heizleistung zur Verfügung. Durch das Einlagern der Speicherelemente in eine Flüssigkeit sind auch die bei der Umwandlung bzw. bei Schmelzen auftretenden und bisher stets Störungen verursachenden Volumenänderungen ohne weiteres zu beherrschen.
  • Figur 1 bis 4 zeigen beispielhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Speichergeräte.
  • In Pigur 1 ist ein als Raumheizung geeignetes Radiator-Speichergerät schematisch dargestellt.
  • Figur 2 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie A - A' durch dieses Raumheizgerät. Das Gerät besteht aus dem Behälter 1, der an den wärmeabgebenden Außenflächen mit Rippen 2 versehen ist. Er ist durch ein isolierende Trennwand 3 im Verhältnis 1:2 unterteilt, so daß eine Beheizung in drei Stufen möglich ist, in deo entweder der kleinere Behälter oder der größere 3ehälter allein, oder beide Behälter gleichzeitig beheizt werden. Beide Behälter sind mit der WErme-Trägerflüssigkeit 4, z.B. Wasser oder öl, gefUllt.
  • Im unteren Teil befinden sich die Reizelemonte 5 und 6, darüber, abgetrennt durch ein Siebblech 7, das durch die Speicherelemente 8 gebildete Spelohersystem. Die Speicherelemente können, z.B. wenn eine Heizflächentemperatur von etwa 70° C gewünscht wird, aus Wachs bestehen, das in Kunststoffolien eingeschweißt ist. Prinzipiell ist es möglich, bei Wärmespeichermassen, die in flüssigem Zustand mit der Wärmeträgerflüssigkeit nicht mischbar sind, auf eine Einschweißung zu verzichten.
  • Im oberen Teil des Behälters befindet sich ein Luftraum 9, der dio beim Erwärmen und Schmelzen auftretenden Volumenänderungen auffängt. Aus Sicherheitsgründen sollte im oberen Teil ein Sicherheitaventil angebracht werden. Die emporaturkontrolle und damit die automatische Beendigung des Aufladevorganges orfolgt durch Thermosonden, die im oberen Teil des Flüssigkeitsvolumes angebracht sind. Das Heizgerät kann als selbständiges, ggfs. fahrbares Gerät betrieben werden, oder in Wände bzw. Pensterbrüstungen eingebaut werden.
  • Bei eingebauten Geräten kann auf die Untereilung durch die isolierenden Trennwände 3 verzichtet werden, weil dann die Wärmeabgabe - ggfs. automatisch durch Raumthermostaten geregelt - durch verstellbare Lüftungsklappen beeinflußt werden kann.
  • Figur 3 zeigt ein Einbaugerät der vorstehend erwähnten Art. Das Speichergerät 10 ist auf dor Frontseite 11 izoliert und auf der RUckseite mit Rippen 12 zur Verbesserung des Wärmeüberganges versehen. Die einstellbare Klappe 13 regelt den Luftstrom 14, der allein durch thermische Xonvektion zustande kommt, oder durch einen eingebauten Lüfter unterstützt wird.
  • Das Speichergerät kann, wie bereits erwähnt, in vargleichbarem Aufbau auch ala Warmwasserspeicher ausgestaltet werden. In diesem Fall ist das Wasser zugleich Wärmeträger zum Aufladen der Speicher und zu heizendes Medium.
  • Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch ein als Warmwasserbereiter ausgestaltetes Speicherheizgerät. Der nach außen isolierte Behälter wirkt dabei in aufgelsdenem Zustand als Durchlauferhitzer. Figur 4 zeigt im Querschnitt den zylindrischen Behälter 15, dargestellt mit Außenisolierung 16, Heizpatrone 17 und die duroh ein Siebblech 19 abgetrennten Speicherelemente 18.
  • Innerhalb den zylindrischen Speicherkörpers 15 strömt das zu erwärmende Wasser zwischen den Speicherelementen 18 senkrecht zur Bildebene.

Claims (7)

  1. Patentansprüche 1. Speichercheizvorrichtung mit elektrisher Heizquelle und einem Speicher bzw. Speichersystem aus Letentspeichermassen enthaltenden Elementen, wobei insbesondere solche Ietentspeichermassen Anwendung finden, die bei der gewünschten Speichertemperatur schmelzen, dadurch gekennzeichnet, dass für den Transport der Wärme von der Heizquelle zum Speicher bzw. Speichersystem ein flüssiges Wärmeträgermedium vorgesehen ist.
  2. 2. Speichercheizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Wärmetransport von der Heizquelle zu dem Speicher bzw. Speichersystem und fUr die Übertragung der Wärme auf den zu heizenden Raum bzw. Gegenstand ein flüssiges Wärmeträgermedium vorgesehen ist.
  3. 3. Speicherheizvorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Wärmeträgermedium Wasser ist.
  4. 4. Speicherheizvorrichtung nach Äncpruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Wärmeträgermedium ein geeignetes Öl ist.
  5. 5. Speichercheizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Warmwasseraufbereitu@ngsgerät ist und das Wasser gleichzeitig Wärmeträgermedium und zu heizendes Medium ist.
  6. 6. Speichercheizvorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie in geeigneter Weise, z.B. durch Unterteilung mit Hilfe isolierender Trennwände stufenweise schaltbar ist.
  7. 7. Speicherheizvorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherelemente aus in Kunststoffolien eingehüllten oder eingeschweissten Latentspeichermassen bestehen.
    L e e r s e i t e
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