DE202016107499U1

DE202016107499U1 - Heat storage element

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Publication number: DE202016107499U1
Application number: DE202016107499.1U
Authority: DE
Original assignee: Intensatec Sales GmbH
Current assignee: Intensatec Sales GmbH
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2016-12-30
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2026-12-31
Also published as: CN207334774U

Abstract

Wärmespeicherelement (10) zum Einsatz in eine Brennkammer eines Heizkessels, der mittels eines Brenners beheizbar ist, wobei das Wärmespeicherelement (10) ein Durchgangsloch (30) aufweist und aus einem hitzebeständigen Material besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmespeicherelement (10) aus wenigstens zwei Teilen (20, 40) zusammengesetzt ist und eine Einrichtung (50) zur Positionierung der wenigstens zwei Teile (20, 40) zueinander aufweist.Heat storage element (10) for use in a combustion chamber of a boiler, which is heated by a burner, wherein the heat storage element (10) has a through hole (30) and consists of a heat-resistant material, characterized in that the heat storage element (10) of at least two Parts (20, 40) is composed and a means (50) for positioning the at least two parts (20, 40) to each other.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmespeicherelement sowie eine Wärmespeichereinrichtung zum Einsatz in einer Brennkammer eines Heizkessels.The invention relates to a heat storage element and a heat storage device for use in a combustion chamber of a boiler.

Aus dem Stand der Technik sind bereits Wärmespeicherelemente sowie Wärmespeichereinrichtungen zum Einsatz in einer Brennkammer eines Heizkessels bekannt. Beispielsweise sind aus der WO 2010/133206 A2 und der DE 20 2010 015 659 U1 Wärmespeicherelemente aus hitzebeständigem Material bekannt, die einen sechseckförmigen Außenumfang und ein zentrisch angeordnetes Durchgangsloch aufweisen. Die Wärmespeicherelemente sind als einstückige Keramikelemente ausgebildet, die jeweils einen Spalt aufweisen, der sich vom Durchgangsloch bis hin zum Außenumfang des Wärmespeicherelements erstreckt. Der Spalt dient zur Erzeugung einer günstigen Verwirbelung eines durch einen Brenner erzeugten Heißgasstroms. Andererseits fungiert der Spalt auch als Dehnungsfuge, um die bei Heiz- und Abkühlzyklen auftretenden abwechselnden Ausdehnungen und Kontraktionen des Keramikelements auszugleichen. Ferner sind aus den oben genannten Dokumenten Wärmespeichereinrichtungen bekannt, die eine gereihte Anordnung mehrerer Wärmespeicherelemente auf an die Form der Wärmespeicherelemente angepasste Stützelemente vorsehen. Dabei weisen die Stützelemente Stege auf, die zur Festlegung eines vorgegebenen Abstandes zwischen den einzelnen Wärmespeicherelementen vorgesehen sind.Heat storage elements and heat storage devices for use in a combustion chamber of a boiler are already known from the prior art. For example, are from the WO 2010/133206 A2 and the DE 20 2010 015 659 U1 Heat storage elements of heat-resistant material are known, which have a hexagonal outer periphery and a centrally arranged through hole. The heat storage elements are formed as one-piece ceramic elements, each having a gap extending from the through hole to the outer periphery of the heat storage element. The gap serves to generate a favorable turbulence of a hot gas flow generated by a burner. On the other hand, the gap also acts as an expansion joint to compensate for the alternating expansions and contractions of the ceramic element occurring during heating and cooling cycles. Furthermore, heat storage devices are known from the above-mentioned documents, which provide a series arrangement of a plurality of heat storage elements adapted to the shape of the heat storage elements support elements. In this case, the support elements webs, which are provided for establishing a predetermined distance between the individual heat storage elements.

Die oben beschriebenen einstückig ausgebildeten Wärmespeicherelemente sind in der Regel als großvolumige Wärmespeicherelemente ausgebildet. Mit dem Volumen steigt jedoch das Gewicht der Wärmespeicherelemente. Je größer und schwerer die Wärmespeicherelemente sind, desto schwieriger gestaltet sich ihr Einbau in entsprechende Heizkessel. Folglich besteht ein Verbesserungsbedarf in Bezug auf die Handhabbarkeit derartiger Wärmespeicherelemente.The integrally formed heat storage elements described above are generally designed as large-volume heat storage elements. With the volume, however, the weight of the heat storage elements increases. The larger and heavier the heat storage elements are, the more difficult is their installation in corresponding boilers. Consequently, there is a need for improvement with regard to the handling of such heat storage elements.

Ein weiteres Problem besteht in der hohen thermischen Belastung, denen die Wärmespeicherelemente ausgesetzt sind. Die Gefahr, dass sich aufgrund von thermischer Expansion und Kontraktion Risse in der Wand der Wärmespeicherelemente bilden, ist selbst bei Wärmespeicherelementen aus Hochleistungskeramiken nicht gebannt. Insbesondere besteht bei den oben beschriebenen Wärmespeicherelementen mit Spalt die Gefahr, dass diese nach Rissbildung zerfallen. Um einen Zerfall zu verhindern, sind daher aufwendige Stützkonstruktionen notwendig. Vor diesem Hintergrund besteht auch ein Bedarf, Wärmespeicherelemente bereitzustellen, die in Hinblick auf Rissbildung und Zerfall weiter verbessert sind.Another problem is the high thermal load to which the heat storage elements are exposed. The danger that form cracks in the wall of the heat storage elements due to thermal expansion and contraction, is not banned even with heat storage elements made of high-performance ceramics. In particular, in the case of the above-described heat storage elements with a gap, there is a risk that they will break down after the formation of cracks. In order to prevent disintegration, therefore, expensive support structures are necessary. Against this background, there is also a need to provide heat storage elements which are further improved in terms of cracking and decay.

Zur Lösung der oben genannten Probleme wird gemäß einem ersten Aspekt ein Wärmespeicherelement bereitgestellt, das zum Einsatz in einem Brennraum eines Heizkessels, der mittels eines Brenners beheizbar ist, vorgesehen ist. Das Wärmespeicherelement weist ein Durchgangsloch auf und ist aus einem hitzebeständigen Material aufgebaut. Ferner ist das Wärmespeicherelement aus wenigstens zwei Teilen zusammengesetzt und weist eine Einrichtung zur Positionierung der wenigstens zwei Teile zueinander auf.To solve the abovementioned problems, a heat storage element is provided according to a first aspect, which is provided for use in a combustion chamber of a boiler which can be heated by means of a burner. The heat storage element has a through hole and is constructed of a heat resistant material. Furthermore, the heat storage element is composed of at least two parts and has a device for positioning the at least two parts to each other.

Dadurch, dass das Wärmespeicherelement aus wenigstens zwei Teilen aufgebaut ist, wird der Einbau des Wärmespeicherelements in einem Heizkessel erheblich erleichtert. Insbesondere können mit den erfindungsgemäßen Wärmespeicherelementen Heizkessel bestückt werden, deren Kesselöffnungsquerschnitt wesentlich kleiner als der Querschnitt der Wärmespeicherelemente ist. Ferner wird durch den hier beschriebenen zwei- oder mehrteiligen Aufbau des Wärmespeicherelements die Wartung von Heizkesseln weiter optimiert. Denn es müssen lediglich jene Wärmespeicherelementteile ausgetauscht werden, die beschädigt oder gesprungen sind, jedoch nicht das gesamte Wärmespeicherelement.Characterized in that the heat storage element is constructed of at least two parts, the installation of the heat storage element in a boiler is greatly facilitated. In particular, can be equipped with the heat storage elements according to the invention boilers whose Kesselöffnungsquerschnitt is much smaller than the cross section of the heat storage elements. Furthermore, the maintenance of boilers is further optimized by the two- or multi-part structure of the heat storage element described here. Because only those heat storage element parts must be replaced, which are damaged or cracked, but not the entire heat storage element.

Die Einrichtung zur Positionierung der wenigstens zwei Teile (im Folgenden Positionierungseinrichtung genannt) kann wenigstens eine Feder-Nut-Einrichtung umfassen. Die Feder-Nut-Einrichtung kann derart ausgestaltet sein, dass eine erste Kontaktfläche eines der wenigstens zwei Teile wenigstens einen Vorsprung aufweist und eine zweite Kontaktfläche des anderen, benachbart anliegenden Teils wenigstens eine Aussparung aufweist, die zur Aufnahme des Vorsprungs vorgesehen ist.The device for positioning the at least two parts (referred to below as the positioning device) may comprise at least one spring-groove device. The spring-groove device may be configured such that a first contact surface of one of the at least two parts has at least one projection and a second contact surface of the other, adjacent adjacent part has at least one recess which is provided for receiving the projection.

Der wenigstens eine Vorsprung kann derart dimensioniert sein, dass bei Aufnahme des Vorsprungs in der Aussparung ein lateraler Spalt zwischen dem Vorsprung und der Aussparung entsteht. Mit anderen Worten kann der wenigstens eine Vorsprung eine geringere Breite aufweisen als die korrespondierende wenigstens eine Aussparung, so dass bei in der Aussparung aufgenommenem Vorsprung ein lateraler Spalt zwischen den Seitenflanken des Vorsprungs und des Spalts entsteht. Durch den Spalt wird ein laterales Bewegungsspiel erzeugt, d. h., die Wärmespeicherelementteile können im montierten Zustand sich entlang der Feder-Nut-Einrichtung lateral zueinander bewegen, wodurch thermisch induzierte Spannungen ausgeglichen werden können. Die Wärmespeicherelementteile sind somit entlang der Feder-Nut-Einrichtung nicht formschlüssig miteinander verbunden.The at least one projection may be dimensioned such that when receiving the projection in the recess, a lateral gap between the projection and the recess is formed. In other words, the at least one projection may have a smaller width than the corresponding at least one recess, so that, when the projection is received in the recess, a lateral gap is created between the side edges of the projection and the gap. Through the gap, a lateral movement play is generated, d. h., The heat storage element parts can move in the assembled state laterally along the tongue and groove device, whereby thermally induced stresses can be compensated. The heat storage element parts are thus not positively connected to each other along the tongue and groove means.

Jedes der wenigstens zwei Wärmespeicherelementteile kann wenigstens eine Lagerfläche aufweisen. Die wenigstens eine Lagerfläche kann zur Lagerung wenigstens einer Fixiereinrichtung vorgesehen sein. Ferner kann die wenigstens eine Lagerfläche wenigstens eine laterale Begrenzungsrippe umfassen. Die wenigstens eine laterale Begrenzungsrippe kann zur seitlichen Stabilisierung der Fixiereinrichtung vorgesehen sein.Each of the at least two heat storage element parts may have at least one bearing surface. The at least one storage area can for Storage be provided at least one fixing device. Furthermore, the at least one bearing surface may comprise at least one lateral boundary rib. The at least one lateral boundary rib can be provided for lateral stabilization of the fixing device.

Die wenigstens zwei Teile, aus denen das Wärmespeicherelement zusammengesetzt ist, können formidentisch ausgebildet sein. Durch die formidentische Ausbildung kann die Herstellung des Wärmespeicherelements erheblich vereinfacht werden. Denn zur Herstellung eines Wärmespeicherelements (z. B. durch hydrostatisches Pressen von Keramikpulver) ist demnach nur eine einzige Form nötig. Durch die Formgleichheit der wenigstens zwei Teile wird ferner eine beliebige Austauschbarkeit von Wärmespeicherelementteilen erreicht. Dies erleichtert den Einbau sowie die Wartung von Wärmespeicherelementen.The at least two parts of which the heat storage element is composed, may be formed identical in shape. Due to the identical design, the production of the heat storage element can be considerably simplified. For the production of a heat storage element (eg by hydrostatic pressing of ceramic powder) therefore only a single mold is necessary. Due to the identical shape of the at least two parts any interchangeability of heat storage element parts is also achieved. This facilitates the installation and maintenance of heat storage elements.

Das hitzebeständige Material, aus dem das Wärmespeicherelement besteht, kann eine Hochleistungskeramik sein. Mit Hochleistungskeramik kann eine Keramik gemeint sein, die auch bei hohen Temperaturen (> 800°C) stabil bleibt. Denkbar sind technische Keramiken aus Zirkonoxid, Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, Aluminiumnitrid oder anderweitige Oxidkeramiken.The refractory material constituting the heat storage element may be a high performance ceramics. High-performance ceramics can be ceramics that remain stable even at high temperatures (> 800 ° C). Conceivable are technical ceramics of zirconia, alumina, silicon carbide, aluminum nitride or other oxide ceramics.

Die Herstellung des Wärmespeicherelements aus Oxidkeramik kann folgende Schritte umfassen: hydrostatisches Pressen von Oxidkeramikpulver in einer Form, um eine Grünform (oder Grünling) des Wärmespeicherelementteils zu erzeugen; und anschließendes Sintern der Grünform unter vorgegebener Sintertemperatur, Sinterzeit und Sinteratmosphäre.The production of the oxide ceramic heat storage element may include the steps of: hydrostatically pressing oxide ceramic powder in a mold to produce a green form (or green body) of the heat storage element part; and then sintering the green mold under a predetermined sintering temperature, sintering time and sintering atmosphere.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Wärmespeichereinrichtung bereitgestellt, umfassend wenigstens ein Wärmespeicherelement gemäß den obigen Ausführungen sowie Fixiereinrichtungen, wobei das wenigstens eine Wärmespeicherelement eine untere Lagerfläche zur Lagerung einer ersten Fixiereinrichtung und eine obere Lagerfläche zur Lagerung einer zweiten Fixiereinrichtung aufweist.According to a second aspect, a heat storage device is provided, comprising at least one heat storage element according to the above embodiments and fixing devices, wherein the at least one heat storage element has a lower bearing surface for mounting a first fixing device and an upper bearing surface for mounting a second fixing device.

Die untere Lagerfläche und die obere Lagerfläche bilden jeweils Kontaktflächen, die außenseitig an dem wenigstens einen Wärmespeicherelement angeordnet sind. Im in einem Heizkessel eingebauten Zustand ist die untere Lagerfläche dem Heizkesselboden zugewandt. Analog ist die obere Lagerfläche der Heizkesseldecke zugewandt. Gemäß einer Variante können die untere und die obere Lagerfläche identisch ausgebildet sein, so dass die untere Lagerfläche auch als obere Lagerfläche und die obere Lagerfläche auch als untere Lagerfläche benutzt werden kann. Durch die identische Ausgestaltung der beiden Lagerflächen kommt es nicht darauf an, welche der beiden Lagerflächen nach unten bzw. nach oben zeigt, so dass der Einbau erheblich erleichtert wird.The lower bearing surface and the upper bearing surface each form contact surfaces, which are arranged on the outside of the at least one heat storage element. When installed in a boiler, the lower bearing surface faces the boiler bottom. Similarly, the upper storage area faces the boiler ceiling. According to a variant, the lower and the upper bearing surface may be identical, so that the lower bearing surface can also be used as an upper bearing surface and the upper bearing surface as a lower bearing surface. Due to the identical design of the two bearing surfaces, it does not matter which of the two bearing surfaces pointing downwards or upwards, so that the installation is greatly facilitated.

Die erste Fixiereinrichtung und die zweite Fixiereinrichtung können zur Fixierung des wenigstens einen Wärmespeicherelements (genauer gesagt der wenigstens zwei Wärmespeicherelementteile) vorgesehen sein. Sie können dazu vorgesehen sein, ein Auseinanderfallen des Wärmespeicherelements zu verhindern, wenn im Wärmespeicherelement ein oder mehrere in im Wesentlichen vertikaler Richtung verlaufende Risse auftreten. Die beiden Fixiereinrichtungen können hierbei aus quaderförmigen Blöcken aufgebaut sein. Die quaderförmigen Blöcke können aus derselben Hochleistungskeramik bestehen, wie die Wärmespeicherelemente.The first fixing device and the second fixing device may be provided for fixing the at least one heat storage element (more precisely, the at least two heat storage element parts). They may be provided to prevent the heat storage element from falling apart if one or more cracks extending in a substantially vertical direction occur in the heat storage element. The two fixing devices can be constructed from block-shaped blocks. The block-shaped blocks can consist of the same high-performance ceramic as the heat storage elements.

Gemäß einer Variante kann die Wärmespeichereinrichtung zwei in Reihe angeordnete Wärmespeicherelemente umfassen. Gemäß einer anderen Variante kann die Wärmespeichereinrichtung auch mehr als zwei Wärmespeicherelemente umfassen, die in Reihe angeordnet sind. Unabhängig von der konkreten Anzahl der vorgesehenen Wärmespeicherelemente, sind die erste Fixiereinrichtung und die zweite Fixiereinrichtung auch zur Kopplung der aufgereihten Wärmespeicherelemente vorgesehen. Mit anderen Worten können die beiden Fixiereinrichtungen derart ausgebildet sein, dass sie die aufgereihten Wärmespeicherelemente miteinander mechanisch (und thermisch) koppeln.According to a variant, the heat storage device may comprise two heat storage elements arranged in series. According to another variant, the heat storage device may also comprise more than two heat storage elements, which are arranged in series. Regardless of the specific number of heat storage elements provided, the first fixing device and the second fixing device are also provided for coupling the lined-up heat storage elements. In other words, the two fixing devices can be designed such that they mechanically (and thermally) couple the lined heat storage elements together.

Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Heizkessel bereitgestellt, umfassend eine Brennkammer, einen Brenner der den Heizkessel beheizt, und eine Wärmespeichereinrichtung gemäß den obigen Ausführungen, wobei die Wärmespeichereinrichtung in der Brennkammer angeordnet ist. Die Wärmespeichereinrichtung ist hierbei in der Brennkammer mit einem vorgegebenen räumlichen Abstand zum Brenner angeordnet. Der vorgegebene räumliche Abstand kann hierbei von den Abmessungen der Brennkammer und der Wärmespeicherelemente sowie von der Beschaffenheit des eingesetzten Brenners abhängen. Der Abstand kann somit von Heizkessel zu Heizkessel variieren.According to a third aspect, there is provided a heating boiler comprising a combustion chamber, a burner that heats the heating boiler, and a heat storage device according to the above embodiments, wherein the heat storage device is disposed in the combustion chamber. The heat storage device is in this case arranged in the combustion chamber with a predetermined spatial distance from the burner. The predetermined spatial distance may depend on the dimensions of the combustion chamber and the heat storage elements and on the nature of the burner used. The distance can thus vary from boiler to boiler.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:Furthermore, the invention will be explained in more detail with reference to embodiments. Show it:

1 eine Ausführung eines Wärmespeicherelements gemäß der vorliegenden Erfindung; 1 an embodiment of a heat storage element according to the present invention;

2A eine Frontansicht des in 1 dargestellten Wärmespeicherelements; 2A a front view of the in 1 illustrated heat storage element;

2B eine Schnittansicht des Wärmespeicherelements entlang der in 2A dargestellten Schnittebene A-A; 2 B a sectional view of the heat storage element along the in 2A illustrated section plane AA;

3 einen von wenigstens zwei Teilen des in 1 dargestellten Wärmespeicherelements; und 3 one of at least two parts of the in 1 illustrated heat storage element; and

4 eine Wärmespeichereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. 4 a heat storage device according to the present invention.

Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen von Wärmespeicherelementen und Wärmespeichereinrichtungen können insbesondere in Heizkesseln, wie z. B. Warmwasser-, Heißwasser- oder Dampfkesseln, eingesetzt werden.The embodiments of heat storage elements and heat storage devices described below can be used in particular in boilers, such. As hot water, hot water or steam boilers are used.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst ein Heizkessel eine Brennkammer. Die Brennkammer kann eine Zylinderform aufweisen. An dem einen Ende der Brennkammer ist eine Wärmequelle, insbesondere ein Brenner, angeordnet. Der Brenner erzeugt eine Flamme und damit einhergehend einen Wärmestrom, der in das Brennkammerinnere gerichtet ist.For the purposes of the present invention, a boiler comprises a combustion chamber. The combustion chamber may have a cylindrical shape. At the one end of the combustion chamber, a heat source, in particular a burner, is arranged. The burner generates a flame and, consequently, a heat flow, which is directed into the combustion chamber interior.

In 1 ist ein Wärmespeicherelement 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Wärmespeicherelement 10 ist aus zwei Wärmespeicherelementteilen 20 und 40 aufgebaut. Die Wärmespeicherelementteile 20, 40 werden im Folgenden abgekürzt als „Teile 20, 40” bezeichnet. Im zusammengesetzten Zustand definieren die beiden Teile 20 und 40 ein Durchgangsloch 30 des Wärmespeicherelements 10. Das Durchgangsloch 30 hat eine kreisförmige Kontur. Ferner umfasst das Wärmespeicherelement 10 an den Stellen, an denen die beiden Teile 20 und 40 zusammengesetzt sind (bzw. in Kontakt sind), jeweils eine Positionierungseinrichtung 50.In 1 is a heat storage element 10 represented according to the present invention. The heat storage element 10 is made of two heat storage element parts 20 and 40 built up. The heat storage element parts 20 . 40 are abbreviated hereafter as "parts 20 . 40 " designated. In the assembled state, the two parts define 20 and 40 a through hole 30 the heat storage element 10 , The through hole 30 has a circular contour. Furthermore, the heat storage element comprises 10 in the places where the two parts 20 and 40 are composed (or in contact), each one positioning device 50 ,

Das in 1 dargestellte Wärmespeicherelement 10 umfasst zwei Positionierungseinrichtungen 50. Jede der zwei Positionierungseinrichtungen 50 umfasst eine Feder-Nut-Einrichtung 60 mit einer Feder 62 und einer zur Feder 62 korrespondierenden Nut 64. Die Feder-Nut-Einrichtung 60 stellt eine positionsdefinierte Verbindung zwischen den zwei Teilen 20 und 40 sicher. Wie in Zusammenhang mit den 2A und 3 weiter unten noch näher beschrieben wird, kann die Feder-Nut-Einrichtung 60 so konstruiert sein, dass sie ein laterales Spiel aufweist. Somit sind kleine seitliche Bewegungen der Teile 20 und 40 relativ zueinander möglich.This in 1 illustrated heat storage element 10 includes two positioning devices 50 , Each of the two positioning devices 50 includes a tongue and groove device 60 with a spring 62 and one to the spring 62 corresponding groove 64 , The spring-groove device 60 provides a position-defined connection between the two parts 20 and 40 for sure. As related to the 2A and 3 will be described in more detail below, the spring-groove device 60 be designed so that it has a lateral game. Thus, there are small lateral movements of the parts 20 and 40 relative to each other possible.

Das in 1 dargestellte Wärmespeicherelement 10 umfasst ferner eine untere Lagerfläche 81 und eine obere Lagerfläche 82. Die Lagerflächen 81 und 82 dienen zur Lagerung von Fixiereinrichtungen 120, 140 (in 1 nicht dargestellt), deren Aufbau und Funktion in Zusammenhang mit 4 noch näher beschrieben wird. Zur Führung und zur lateralen Begrenzung der Fixiereinrichtungen 120, 140 sind die Lagerflächen 81 und 82 an ihren gegenüberliegenden Seitenkanten jeweils mit einer Begrenzungsrippe 84 versehen.This in 1 illustrated heat storage element 10 further includes a lower bearing surface 81 and an upper storage area 82 , The storage areas 81 and 82 serve for the storage of fixation devices 120 . 140 (in 1 not shown), their structure and function in connection with 4 will be described in more detail. For guidance and lateral limitation of the fixation devices 120 . 140 are the storage areas 81 and 82 at their opposite side edges each with a boundary rib 84 Mistake.

Wie aus 1 ferner ersichtlich wird, ist das Wärmespeicherelement 10 rotationssymmetrisch ausgebildet. Es ist aus zwei formidentischen Teilen 20, 40 zusammengesetzt. Die beiden Teile 20, 40 sind jeweils als einstückige Bauteile ausgebildet. Die beiden einstückig ausgebildeten Teile 20, 40 können aus einer Oxidkeramik hergestellt sein. Als Oxidkeramik kann Siliciumcarbid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Zirkonoxid zum Einsatz kommen. Durch die formidentische Ausbildung der beiden Teile kann der Herstellungsprozess des Wärmespeicherelements 10 vereinfacht werden. Dies gilt insbesondere, wenn die Teile 20, 40 durch isostatisches Pressen von Oxidkeramikpulver in einer die Teile 20, 40 nachbildenden Form erzeugt werden.How out 1 further will be apparent, is the heat storage element 10 formed rotationally symmetrical. It is made of two identical parts 20 . 40 composed. The two parts 20 . 40 are each formed as one-piece components. The two integral parts 20 . 40 can be made of an oxide ceramic. The oxide ceramic used can be silicon carbide, aluminum oxide, aluminum nitride or zirconium oxide. Due to the identical shape of the two parts of the manufacturing process of the heat storage element 10 be simplified. This is especially true if the parts 20 . 40 by isostatic pressing of oxide ceramic powder in one of the parts 20 . 40 be created replicating shape.

2A zeigt eine Frontansicht des in 1 dargestellten Wärmespeicherelements 10. Die Darstellung in 2A verdeutlicht nochmals die Formgleichheit der Teile 20 und 40. Jeder der beiden Teile 20, 40 ist an einer ersten Kontaktfläche 71, 71' mit einem Vorsprung (Feder 62) und an einer der ersten Kontaktfläche 71, 71' gegenüberliegend angeordneten zweiten Kontaktfläche 72, 72' mit einer Aussparung (Nut 64) zur Bildung der beiden Feder-Nut-Einrichtungen 60 ausgebildet. Aufgrund der hier beschriebenen formidentischen Ausbildung der beiden Teile 20, 40 kann jeder der beiden Teile 20, 40 sowohl als unterer Teil 20 als auch als oberer Teil 40 des Wärmespeicherelements 10 eingesetzt werden. Es versteht sich, dass gemäß einer alternativen Ausführung die beiden Teile 20, 40 auch eine unterschiedliche Form aufweisen können. Es versteht sich auch, dass, abweichend vom hier beschriebenen zweiteiligen Aufbau, das Wärmespeicherelement 10 auch aus drei oder mehr Teilen aufgebaut sein kann. 2A shows a front view of the in 1 illustrated heat storage element 10 , The representation in 2A clarifies once again the uniformity of the parts 20 and 40 , Each of the two parts 20 . 40 is at a first contact surface 71 . 71 ' with a projection (spring 62 ) and at one of the first contact surface 71 . 71 ' opposite arranged second contact surface 72 . 72 ' with a recess (groove 64 ) to form the two tongue and groove devices 60 educated. Due to the shape identical design of the two parts described here 20 . 40 can each of the two parts 20 . 40 both as a lower part 20 as well as the upper part 40 the heat storage element 10 be used. It is understood that according to an alternative embodiment, the two parts 20 . 40 may also have a different shape. It is also understood that, in contrast to the two-part structure described here, the heat storage element 10 can also be made up of three or more parts.

2B zeigt einen Schnitt des Wärmespeicherelements 10 entlang der in 2A gezeigten Schnittfläche A-A. Wie aus 2B zu entnehmen ist, verjüngt sich jeweils der Querschnitt des kreisförmigen Durchgangslochs 30 ausgehend von der Frontseite 92 und Rückseite 94 des Wärmespeicherelements 10 hin zum Inneren des Wärmespeicherelements 10. Das Durchgangsloch 30 weist somit die Form eines Doppelkegelstumpfs auf. Durch die kegelstumpfförmige Ausgestaltung des Durchgangslochs 30 wird die Anströmfläche des Wärmespeicherelements 10 für einen durch eine Hauptwärmequelle erzeugten Wärmestrom vergrößert. Das führt zu einer beschleunigten Aufwärmung des Wärmespeicherelements 10. Eine der Rückseite zugewandte Kante 95 unmittelbar hinter dem kleinsten Querschnitt 93 des Durchgangslochs 30 sowie die sich anschließende Aufweitung des Durchgangslochs 30 zur Rückseite 94 des Wärmespeicherelements 10 hin bewirkt eine Verwirbelung des Wärmestroms am rückseitigen Ausgang des Durchgangslochs 30. Bei einer Anordnung mehrerer Wärmespeicherelemente 10 hintereinander wird dadurch die Aufheizung des jeweils nachfolgenden Wärmespeicherelements 10 begünstigt. 2 B shows a section of the heat storage element 10 along the in 2A shown sectional area AA. How out 2 B can be seen, the cross section of the circular through hole tapers in each case 30 starting from the front 92 and back 94 the heat storage element 10 towards the interior of the heat storage element 10 , The through hole 30 thus has the shape of a double truncated cone. Due to the frusto-conical configuration of the through hole 30 becomes the inflow surface of the heat storage element 10 increased for a heat flow generated by a main heat source. This leads to an accelerated heating of the heat storage element 10 , One of the back facing edge 95 immediately behind the smallest cross section 93 of the through hole 30 and the subsequent widening of the through-hole 30 to the back 94 the heat storage element 10 towards causes turbulence of the heat flow at the rear exit of the through hole 30 , In an arrangement of a plurality of heat storage elements 10 one after the other heating of the respective subsequent heat storage element 10 favored.

Als vorteilhaft hat sich eine Gestaltung des Durchgangslochs 30 erwiesen, bei der der kleinste Querschnitt 93 des Durchgangslochs 30 von der Mitte zur Rückseite des Wärmespeicherelements hin verschoben ist.As advantageous has a design of the through hole 30 proved to be the smallest cross section 93 of the through hole 30 is shifted from the center to the back of the heat storage element.

Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist die Vorderseite 92 eines Wärmespeicherelements 10 die dem Hauptwärmestrom zugewandte Seite des Wärmespeicherelements 10. Die Rückseite des Wärmespeicherelements 10 ist entsprechend die einer Hauptwärmequelle (insbesondere einem Brenner einer Brennkammer) abgewandte Seite des Wärmespeicherelements 10.According to the present disclosure, the front side is 92 a heat storage element 10 the main heat flow side facing the heat storage element 10 , The back of the heat storage element 10 is correspondingly the side of the heat storage element facing away from a main heat source (in particular a burner of a combustion chamber) 10 ,

Es versteht sich, dass gemäß alternativen Ausführungen das Wärmespeicherelement 10 von der in Zusammenhang mit 2B beschriebenen Ausgestaltung des Durchgangslochs 30 abweichen kann. Denkbar sind andere Formen und Anordnungen des Durchgangslochs 30. Beispielsweise kann das Durchgangsloch anstelle der oben beschriebenen Doppelkegelstumpfform einen konstanten oder sich verändernden runden oder ovalen Querschnitt aufweisen. Ferner kann das Durchgangsloch einen schrägen oder gebogenen Verlauf im Wärmespeicherelement aufweisen.It is understood that according to alternative embodiments, the heat storage element 10 from in connection with 2 B described embodiment of the through hole 30 may differ. Conceivable are other shapes and arrangements of the through hole 30 , For example, instead of the double truncated cone shape described above, the through-hole may have a constant or changing round or oval cross-section. Furthermore, the through-hole may have an oblique or curved course in the heat storage element.

In Zusammenhang mit 3 wird die Feder-Nut-Einrichtung 60 weiter beschrieben. Da die beiden Teile 20, 40 formidentisch sind, reicht es aus, einen der beiden Teile 20, 40 näher zu betrachten. In 3 ist hierfür der Teil 20 des Wärmespeicherelements 10 nochmals abgebildet.Relating to 3 becomes the spring-groove device 60 further described. Because the two parts 20 . 40 are identical in shape, it is sufficient, one of the two parts 20 . 40 to look closer. In 3 is the part for this 20 the heat storage element 10 shown again.

Der Teil 20 weist zwei gegenüberliegende Kontaktflächen 71, 72 auf. Die erste Kontaktfläche 71 ist hierbei mit einem Vorsprung (Feder 62) versehen, während die zweite Kontaktfläche 72 eine Aussparung (Nut 64) aufweist. Die Aussparung 64 ist zur Aufnahme eines korrespondierenden Vorsprungs 62' des Teils 40 konzipiert. Genauso ist der Vorsprung 62 dazu vorgesehen, in eine korrespondierende Aussparung 64' des Teils 40 einzugreifen (siehe 2A). Die Aussparung 64 und der Vorsprung 62 erstrecken sich von der Vorderseite 92 zur Rückseite 94 des Teils 20. Sie sind im Wesentlichen senkrecht zur Vorderseite 92 bzw. Rückseite 94 des Teils 20 (bzw. des Wärmespeicherelements 10) angeordnet.The part 20 has two opposite contact surfaces 71 . 72 on. The first contact surface 71 is here with a projection (spring 62 ), while the second contact surface 72 a recess (groove 64 ) having. The recess 64 is to receive a corresponding projection 62 ' of the part 40 designed. That's exactly how the lead is 62 provided in a corresponding recess 64 ' of the part 40 to intervene (see 2A ). The recess 64 and the lead 62 extend from the front 92 to the back 94 of the part 20 , They are essentially perpendicular to the front 92 or back 94 of the part 20 (or the heat storage element 10 ) arranged.

Die Vorsprünge 62, 62' weisen jeweils eine geringere Breite auf als die korrespondierenden Aussparungen 64, 64'. Dadurch entsteht zwischen den Seitenflanken der Vorsprünge 62, 62' und den korrespondierenden Aussparungen 64, 64' jeweils ein lateraler Spalt 63 (siehe 2A), wenn die beiden Teile 20, 40 zum Wärmespeicherelement 10 zusammengesetzt sind. Durch den Spalt wird ein laterales Bewegungsspiel erzeugt, d. h., die Wärmespeicherelementteile können im montierten Zustand sich entlang der Feder-Nut-Einrichtung 60 lateral zueinander bewegen, wodurch thermisch induzierte Spannungen im Wärmespeicherelement 10 kompensiert werden können.The projections 62 . 62 ' each have a smaller width than the corresponding recesses 64 . 64 ' , This results between the side flanks of the projections 62 . 62 ' and the corresponding recesses 64 . 64 ' one lateral gap each 63 (please refer 2A ), if the two parts 20 . 40 to the heat storage element 10 are composed. Through the gap, a lateral movement play is generated, ie, the heat storage element parts can in the assembled state along the tongue and groove device 60 move laterally to each other, causing thermally induced stresses in the heat storage element 10 can be compensated.

4 zeigt exemplarisch eine Wärmespeichereinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Wärmespeichereinrichtung 100 umfasst zwei der oben beschriebenen Wärmespeicherelemente 10. Ferner umfasst die Wärmespeichereinrichtung 100 eine erste Fixiereinrichtung 120 und eine zweite Fixiereinrichtung 140. Die beiden Wärmespeicherelemente 10 sind über ihre untere Lagerfläche 81 auf der ersten Fixiereinrichtung 120 gelagert. Ferner ist die zweite Fixiereinrichtung 140 auf der oberen Lagerfläche 82 der beiden Wärmespeicherelemente 10 gelagert. Es versteht sich, dass die in 4 gezeigte Anordnung von Wärmespeicherelementen 10 und erster und zweiter Fixiereinrichtung 120, 140 analog für Wärmespeichereinrichtung 100 mit mehr als zwei Wärmespeicherelementen 10 gilt. 4 shows an example of a heat storage device 100 according to the present invention. The heat storage device 100 includes two of the heat storage elements described above 10 , Furthermore, the heat storage device comprises 100 a first fixing device 120 and a second fixing device 140 , The two heat storage elements 10 are above their lower storage area 81 on the first fixer 120 stored. Furthermore, the second fixing device 140 on the upper storage area 82 the two heat storage elements 10 stored. It is understood that in 4 shown arrangement of heat storage elements 10 and first and second fixing means 120 . 140 analogous to heat storage device 100 with more than two heat storage elements 10 applies.

Die beiden Fixiereinrichtungen 120 und 140 haben die Aufgabe, die Wärmespeicherelemente 10 in der Brennkammer eines Heizkessels zu fixieren. Die erste Fixiereinrichtung 120 stützt die auf ihr angeordneten Wärmespeicherelemente 10, indem sie auf dem Brennraumboden angeordnet ist. Die zweite Fixiereinrichtung 140 stabilisiert die Wärmespeicherelemente 10 der Wärmespeichereinrichtung 100 zusätzlich. Ferner wird durch die hier beschriebene Anordnung der beiden Fixiereinrichtungen 120, 140 eine mechanische (und thermische) Kopplung zwischen benachbarten Wärmespeicherelementen 10 erreicht. Bestehen beispielsweise die beiden Fixiereinrichtungen 120, 140 aus einem gut Wärme leitenden Material, kann die Wärmeübertragung von einem vorderen Wärmespeicherelement 10 auf ein nachfolgendes Wärmespeicherelement 10 der Wärmespeichereinrichtung 100 weiter optimiert werden. Durch die beschriebene Anordnung werden insgesamt die mechanische Stabilität und thermischen Eigenschaften der Wärmespeichereinrichtung 100 weiter optimiert.The two fixators 120 and 140 have the task, the heat storage elements 10 to fix in the combustion chamber of a boiler. The first fixer 120 supports the heat storage elements arranged on it 10 by being arranged on the combustion chamber floor. The second fixing device 140 stabilizes the heat storage elements 10 the heat storage device 100 additionally. Furthermore, by the arrangement described here, the two fixing devices 120 . 140 a mechanical (and thermal) coupling between adjacent heat storage elements 10 reached. For example, the two fixation devices exist 120 . 140 Made of a good heat conducting material, the heat transfer from a front heat storage element 10 on a subsequent heat storage element 10 the heat storage device 100 be further optimized. The described arrangement overall improves the mechanical stability and thermal properties of the heat storage device 100 further optimized.

Die erste Fixiereinrichtung 120 ist aus mehreren gleichartigen, quaderförmigen Bauelementen 122 aufgebaut. Die Bauelemente 122 ermöglichen einen flexiblen und individuellen Aufbau der ersten Fixiereinrichtung 120. Die erste Fixiereinrichtung 120 fungiert ferner als höhenverstellbarer Sockel, über den die Höhe der Wärmespeicherelemente 10 bezüglich der Lage des Brenners des Heizkessels einstellbar ist. Die Höheneinstellung wird erreicht, indem die quaderförmigen Bauelemente 122 in mehreren Lagen übereinander gestapelt werden.The first fixer 120 is made of several similar, cuboidal components 122 built up. The components 122 allow a flexible and individual construction of the first fixing device 120 , The first fixer 120 also acts as a height-adjustable base, on the height of the heat storage elements 10 concerning the position of the burner of the boiler is adjustable. The height adjustment is achieved by the cuboidal components 122 be stacked in several layers.

Die zweite Fixiereinrichtung 140 umfasst ein oder mehrere Bauelemente 142, die in einer Lage angeordnet sind. Analog zu den Bauelementen 122 der ersten Fixiereinrichtung 120 und abhängig von der Dimension, insbesondere der Länge, einer Wärmespeichereinrichtung 100 kann die zweite Fixiereinrichtung 140 ebenfalls aus mehreren gleichartigen, vorzugsweise quaderförmigen Bauelementen 142 bestehen. Wie bereits oben beschrieben, nimmt die zweite Fixiereinrichtung 140 eine Stabilisierungsfunktion ein. Unter den teils extremen thermischen Belastungen, denen die Wärmespeicherelemente 10 in der Brennkammer des Heizkessels ausgesetzt sind, können sich Risse im Material der Wärmespeicherelemente 10 bilden. Um ein Auseinanderfallen der Wärmespeicherelemente 10 infolge von Rissbildung zu verhindern, stabilisiert die zweite Fixiereinrichtung 140 die beschädigten Wärmespeicherelemente 10 und beugt somit einem Funktionsausfall der Wärmespeichereinrichtung 100 vor.The second fixing device 140 includes one or more components 142 which are arranged in one layer. Analogous to the components 122 the first fixing device 120 and depending on the dimension, in particular the length, of a heat storage device 100 can the second fixer 140 also from several similar, preferably cuboidal components 142 consist. As already described above, the second fixing device takes 140 a stabilization function. Among the sometimes extreme thermal loads that the heat storage elements 10 are exposed in the combustion chamber of the boiler, cracks may occur in the material of the heat storage elements 10 form. To a falling apart of the heat storage elements 10 due to cracking, stabilizes the second fixing device 140 the damaged heat storage elements 10 and thus prevents a malfunction of the heat storage device 100 in front.

Die Bauelemente 122 und 142 der ersten Fixiereinrichtung 120 und der zweiten Fixiereinrichtung 140 können jeweils als quaderförmige Oxidkeramiksteine ausgebildet sein.The components 122 and 142 the first fixing device 120 and the second fixing device 140 can each be designed as cuboid oxide ceramic blocks.

Durch die beschriebenen Wärmespeicherelemente und Wärmespeichereinrichtung werden die eingangs genannten Probleme beseitigt. Insbesondere werden durch den beschriebenen mehrteiligen Aufbau der Einbau und die Wartung von Wärmespeicherelementen in Heizkesseln optimiert. Ferner bieten die hier beschriebenen Feder-Nut-Einrichtungen einerseits genügend Flexibilität, um Ausdehnungen und thermisch induzierte Spannungen bedingt durch starke Erhitzung der Wärmespeicherelemente zu kompensieren, und andererseits genügend Halt gegen seitliches Verrutschen oder ein Auseinanderfallen der Wärmespeicherelemente bei Rissbildungen. Die beschriebene ober- und unterseitige Fixierung mittels der ersten und zweiten Fixiereinrichtungen trägt zusätzlich zur mechanischen Stabilität der beschriebenen Wärmespeichereinrichtung bei.The described heat storage elements and heat storage device, the problems mentioned above are eliminated. In particular, the installation and maintenance of heat storage elements in boilers are optimized by the described multi-part structure. Furthermore, the spring-groove devices described here on the one hand offer enough flexibility to compensate expansions and thermally induced stresses due to excessive heating of the heat storage elements, and on the other hand, sufficient support against lateral slipping or falling apart of the heat storage elements in the formation of cracks. The described upper and lower side fixation by means of the first and second fixing devices additionally contributes to the mechanical stability of the described heat storage device.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2010/133206 A2 [0002]
DE 202010015659 U1 [0002]

Claims

Heat storage element ( 10 ) for use in a combustion chamber of a boiler, which can be heated by means of a burner, wherein the heat storage element ( 10 ) a through hole ( 30 ) and is made of a heat-resistant material, characterized in that the heat storage element ( 10 ) of at least two parts ( 20 . 40 ) and a facility ( 50 ) for positioning the at least two parts ( 20 . 40 ) to each other.

Heat storage element ( 10 ) according to claim 1, wherein the positioning device ( 50 ) at least one tongue and groove device ( 60 ).

Heat storage element ( 10 ) according to claim 2, wherein the at least one tongue and groove device ( 60 ) is designed so that a first contact surface ( 71 . 71 ' ) one of the at least two parts ( 20 . 40 ) at least one projection ( 62 . 62 ' ) and a second contact surface ( 72 . 72 ' ) of the other adjoining part ( 20 . 40 ) at least one recess ( 64 . 64 ' ), which for receiving the projection ( 62 . 62 ' ) is provided.

Heat storage element ( 10 ) according to claim 3, wherein the at least one projection ( 62 . 62 ' ) is dimensioned such that when receiving the projection ( 62 . 62 ' ) in the recess ( 64 . 64 ' ) at least one lateral gap ( 63 ) between the projection ( 62 . 62 ' ) and the recess ( 64 . 64 ' ) arises.

Heat storage element ( 10 ) according to any one of the preceding claims, wherein each of the at least two parts ( 20 . 40 ) at least one storage area ( 81 . 82 ) for storing at least one fixing device ( 120 . 140 ) having.

Heat storage element ( 10 ) according to claim 5, wherein the at least one storage area ( 81 . 82 ) at least one lateral boundary rib ( 84 ).

Heat storage element ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the at least two parts ( 20 . 40 ) are identical in form.

Heat storage element ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the refractory material is an oxide ceramic.

Heat storage device ( 100 ) for use in a combustion chamber of a boiler, comprising: - at least two heat storage elements ( 10 ) according to one of the preceding claims; and fixing devices ( 120 . 140 ); wherein the heat storage element ( 10 ) a lower storage area ( 81 ) for storing a first fixing device ( 120 ) and an upper storage area ( 82 ) for storing a second fixing device ( 140 ) having.

Heat storage device ( 100 ) according to claim 9, further comprising at least two heat storage elements arranged in series ( 10 ), which via the first and second fixing device ( 120 . 140 ) are coupled together.

Heat storage device ( 100 ) according to claim 9 or 10, wherein the first fixing device ( 120 ) and the second fixing device ( 140 ) each have at least one or more identically configured, preferably cuboidal components ( 122 . 142 ).

A heating boiler, comprising: - a combustion chamber; - a burner that heats the boiler; and - a heat storage device ( 100 ) according to one of claims 9 to 11, wherein the heat storage device ( 100 ) is arranged in the combustion chamber.