DE202018107362U1 - Heizvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Heizvorrichtung (10) mit Heizmitteln (18a, 18b) und Wärmespeichermitteln (16, 24), dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeichermittel (16, 24) ein Latentwärmespeichermaterial aufweisen, das zumindest eine Phasenwechseltemperatur aufweist, an der ein Phasenwechsel zwischen einer ersten Phase und einer zweiten Phase erfolgt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Es sind im Stromnetz insbesondere durch ein Energieüberangebot aus regenerativen Energiekraftwerken, wie beispielsweise Photovoltaikkraftwerken, Windkraftwerken und dgl., Leistungsspitzen vorhanden, die der Netzstabilität abträglich sind.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie solche Leistungsspitzen effizient beseitigt werden können.
  • Diese Aufgabe wird gelöst mit der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung zusammen mit den Figuren angegeben.
  • Erfinderseits wurde erkannt, dass diese Aufgabe in überraschender Art und Weise dadurch besonders einfach gelöst werden kann, wenn eine Heizvorrichtung zum Abfangen von Leistungsspitzen verwendet wird, die die Leistungsspitzen als Wärme in einem Latentwärmespeicher speichert.
  • Es waren zwar schon Nachtspeicheröfen bekannt, die seit den 1950er Jahren eingesetzt wurden, um eine stetige Auslastung von Grundlastkraftwerken dadurch zu erreichen, dass in Schwachlastphasen vor allem nachts Strom zur Aufheizung der Nachtspeicheröfen verwendet wurde, um Wärme in Schamottesteinen zu speichern, die mittels Gebläse im Bedarfsfall wieder freigesetzt werden konnte.
  • Nachteilig an diesen Nachtspeicheröfen war allerdings die relativ begrenzte Wärmespeicherkapazität, so dass eine große Menge Schamottesteine verwendet werden muss, die mit einer großen Masse verbunden ist. Außerdem werden relativ hohe Temperaturen von ca. 500°C zum Erhitzen (Aufladen) der Wärmespeicher benötigt, die die Handhabung erschweren. Zudem dauert das Aufladen sehr lang und ist zudem sehr ineffizient. Daher wurde für Deutschland im Jahre 2009 beschlossen, solche Nachtspeicheröfen außer Betrieb zu setzen.
  • Durch die Verwendung von Latentwärmespeichermaterial ist die Wärmespeicherung dagegen sehr schnell und effizient möglich.
  • Latentwärmespeichermaterial ist ein sogenanntes Phasenwechselmaterial (Phase Change Materials, kurz PCM), also ein Material, das die Eigenschaft hat, bei definierten Temperaturen (Phasenwechseltemperaturen) einen Phasenwechsel von beispielsweise fest zu flüssig oder umgekehrt zu durchlaufen (auch flüssig-dampfförmig und ähnliche Systeme sind möglich, auch wenn im Folgenden nur auf den Phasenwechsel fest-flüssig eingegangen wird).
  • Bei einem solchen Phasenwechsel wird sehr viel thermische Energie aufgenommen (fest -> flüssig) oder abgegeben (flüssig -> fest), wobei die Temperatur des Latentspeichermaterials bei dem Phasenwechsel konstant bleibt.
  • Es ist Latentwärmespeichermaterial bekannt, dass im überkritischen Bereich Wärme speichert, wobei dann eine Aktivierung erfolgen muss, beispielsweise in Form der knickbaren Metallplättchen in den bekannten Wärmekissen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt ein Latentwärmespeichermaterial verwendet, das keine solche Aktivierung benötigt, wodurch die Wärme sofort abgebbar ist und die Wärmeabgabe nur durch eine Isolierung vermieden wird.
  • Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung mit Heizmitteln und Wärmespeichermitteln zeichnet sich dadurch aus, dass die Wärmespeichermittel ein Latentwärmespeichermaterial aufweisen, das zumindest eine Phasenwechseltemperatur aufweist, an der ein Phasenwechsel zwischen einer ersten Phase und einer zweiten Phase erfolgt.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Heizmittel ein Widerstandsheizelement aufweisen. Dadurch wird Strom besonders effektiv in Wärme umgewandelt.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Latentwärmespeichermaterial eine Phasenwechseltemperatur im Bereich 130°C bis 270°C, bevorzugt im Bereich 160°C bis 240°C, insbesondere im Bereich 180°C bis 220°C aufweist. In diesem Bereich ist die Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe an Luft besonders effizient.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Latentwärmespeichermaterial zumindest ein Material aus der Gruppe: Zuckeralkohol; Salzhydrat; Dicarbonsäure, und polymere Kunststoffverbindungen aufweist, wobei auch Mischungen von zwei oder mehr solcher Materialien möglich sind. Solche Materialien sind kostengünstig und weisen eine hohe Langzeitstabilität auf.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Steuerung besteht, die angepasst ist, Wärme in den Wärmespeichermitteln zu speichern, wenn
    1. a) kein Bedarf für Heizwärme durch die Heizvorrichtung besteht und/oder
    2. b) zumindest zwei Uhrzeiten bestehen, die mit unterschiedlichen Kosten für einen Stromverbrauch verbunden sind, und eine Uhrzeit vorliegt, bei der die Kosten niedriger sind als zu der anderen Uhrzeit, und/oder
    3. c) in einem Leitungsnetz für elektrischen Strom Leistungsspitzen (solche Leitungsspitzen können beispielsweise über intelligente Stromzähler und/oder durch Mitteilung des entsprechenden Netzes von der Steuerung der Heizvorrichtung erkannt werden) vorliegen. Dann ist die Heizvorrichtung besonders gut zur Abpufferung von Leistungsspitzen geeignet.
  • Im Fall a) kann man ein gezieltes Lastmanagement durchführen, insbesondere bei zu geringen Leistungsabgabemöglichkeiten. Im Fall b) besteht die Möglichkeit Kosten einzusparen. Im Fall c) kann die Netzlastverteilung bei Elektroenergieversorgern gesteuert werden.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Wärmespeichermittel in einem ersten Bereich der Heizvorrichtung und die Heizmittel in einem zweiten Bereich der Heizvorrichtung angeordnet sind, wobei zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich bevorzugt eine Verbindung besteht, die eine Luftströmung zulässt. Dadurch wird eine besonders Platz sparende Ausführung ermöglicht.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der erste Bereich in Bezug auf eine Vertikale über dem zweiten Bereich angeordnet ist. Dadurch ist die Wärmeaufnahme besonders effektiv, insbesondere weil ein natürlicher Kamineffekt ohne zusätzliche Wärmeverteilungsmittel genutzt werden kann.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass zumindest zwei erste Bereiche und zumindest zwei zweite Bereiche bestehen, wobei in Bezug auf eine Luftströmung bevorzugt vorgesehen ist, dass eine Reihenschaltung eines zweiten Bereichs, eines ersten Bereichs, eines weiteren ersten Bereichs und eines weiteren zweiten Bereichs vorliegt. Damit ist beispielsweise eine Leistungsverdopplung konstruktiv einfach und Platz sparend möglich.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Wärmespeichermittel zumindest zwei Latentwärmespeicherelemente aufweist, die benachbart unter Bildung eines Luftspalts angeordnet sind. Dadurch wird die Wärme im Wärmeaufnahmemodus besonders effektiv in den Latentwärmespeicherelementen gespeichert.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass mehrere Latentwärmespeicherelemente in einer ersten Dimension parallel zueinander angeordnet sind, wobei bevorzugt mehrere Latentwärmespeicherelemente zumindest in zwei Dimensionen parallel zueinander angeordnet sind. Dadurch wird die Wärme im Wärmeaufnahmemodus besonders effektiv in den Latentwärmespeicherelementen gespeichert und kann besonders gut isoliert werden. Zusätzlich könnte auch eine parallele Anordnung in einer dritten Dimension vorliegen.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Latentwärmespeicherelemente eine rohrförmige, bevorzugt runde, ovale oder eckige, insbesondere quaderförmige Gestalt aufweisen, deren Längserstreckung vertikal ausgerichtet ist. Dadurch wird die Wärme im Wärmeaufnahmemodus besonders effektiv in den Latentwärmespeicherelementen gespeichert, weil die Latentwärmespeicherelemente sehr lang mit daran vorbeistreichender, durch die Heizmittel erwärmter Luft in Kontakt bleiben. Ein runder oder ovaler Querschnitt ist vorteilhaft für die Wärmeleitung innerhalb des Latentwärmespeicherelements und damit für die Wärmedurchmischung im PCM, während eine eckige Gestaltung vorteilhaft für die Platzausnutzung ist.
  • Es können auch ein oder mehrere Latentwärmespeicherelemente verwendet werden, die eine mäanderförmige Gestalt haben.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Latentwärmespeicherelemente eine Verkapselung für das Latentwärmespeichermaterial aufweisen, die bevorzugt Metall, insbesondere umfassend ein Metall aus der Gruppe Aluminium, Kupfer und Stahl aufweist. Dadurch wird die Wärme besonders effektiv von dem Latentwärmespeichermaterial aufgenommen oder abgegeben.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Heizen mit einer Heizvorrichtung, die Heizmittel und Wärmespeichermittel aufweist, wäre dadurch gekennzeichnet, dass Wärmespeichermittel mit einem Latentwärmespeichermaterial verwendet werden, das zumindest eine Phasenwechseltemperatur aufweist, an der ein Phasenwechsel zwischen einer ersten Phase und einer zweiten Phase erfolgt.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung wäre vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Heizvorrichtung verwendet wird.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung wäre vorgesehen, dass zugleich Wärme den Wärmespeichermitteln entnommen und durch die Heizmittel erzeugt wird. Dadurch steht eine wesentliche höhere Heizleistung zur Verfügung als durch die Heizmittel allein oder durch die Wärmespeichermittel allein.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung wäre vorgesehen, dass zumindest einer der Betriebsmodi
    • d) Betrieb zumindest eines Heizmittels mit gleichzeitigem Betrieb eines Lüfters, der Umgebungsluft ansaugt und durch das Heizmittel erwärmt und die erwärmte Luft aus der Heizvorrichtung aus einer Luftausgabeöffnung ausgibt;
    • e) Betrieb zumindest eines Heizmittels ohne Luftansaugung aus der Umgebung und unter Verschluss der Luftausgabeöffnung, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass der Lüfter die Luft in der Heizvorrichtung umwälzt;
    • f) kein Betrieb der Heizmittel bei Betrieb des Lüfters, der Umgebungsluft ansaugt und durch die Wärmespeichermittel erwärmt und die erwärmte Luft aus der Heizvorrichtung aus einer Luftausgabeöffnung ausgibt; und
    • g) Betrieb zumindest eines Heizmittels bei Betrieb des Lüfters, der Umgebungsluft ansaugt und durch die Heizmittel und die Wärmespeichermittel erwärmt und die erwärmte Luft aus der Heizvorrichtung aus einer Luftausgabeöffnung ausgibt,
    durchführbar ist. Dadurch ist die Heizung und/oder Wärmespeicherung sehr effektiv durchführbar. Fall d) ist der normale Heizmodus, insbesondere Elektroheizmodus. Fall e) ist der Wärmeauflademodus, wobei die Wärmespeichermittel aufgeladen werden. Für den Fall, dass ein Aufladen zu lange dauert, kann dieser Modus durch einen Umluftbetrieb noch optimiert werden. Fall f) ist der Speicherheizmodus. Fall g) ist der Boost-Modus.
  • Die Merkmale und weiteren Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Figuren deutlich werden. Dabei zeigen rein schematisch:
    • 1 die erfindungsgemäße Heizvorrichtung in einer perspektivischen Teilansicht von der Seite,
    • 2 die erfindungsgemäße Heizvorrichtung nach 1 in einer Frontansicht,
    • 3 die erfindungsgemäße Heizvorrichtung nach 1 in einer Seitenansicht,
    • 4 die erfindungsgemäße Heizvorrichtung nach 1 in einer anderen perspektivischen Teilansicht von der Seite und
    • 5 die erfindungsgemäße Heizvorrichtung nach 1 in einer weiteren perspektivischen Teilansicht von der Seite.
  • In den 1 bis 5 ist die erfindungsgemäße Heizvorrichtung 10 in verschiedenen Ansichten gezeigt. Dabei sind Außenwandungen der Heizvorrichtung 10 zum besseren Verständnis nicht immer gezeigt und bei den Teilansichten sind auch bestimmte Elemente im Inneren der Heizvorrichtung 10 zum besseren Verständnis weggelassen worden.
  • Es ist zu erkennen, dass die Heizvorrichtung 10 zwei unterschiedliche Bereiche 12, 14 aufweist, nämlich einen ersten Bereich 12, in dem Wärmespeichermittel 16 angeordnet sind, und einen zweiten Bereich 14, in dem Heizmittel 18a, 18b in der Form von Widerstandsheizelementen 18a (vorderes Heizelement), 18b (hinteres Heizelement) mit einer Leistung von je 1500 W angeordnet sind. Sowohl der erste Bereich 12, als auch der zweite Bereich 14 sind durch eine Trennwand 20 in zwei Bereichsabschnitte 12a, 12b, 14a, 14b unterteilt. Dabei befinden sich in den Bereichsabschnitten 12a, 12b des ersten Bereichs zwei Reihen 22a, 22b von Latentwärmespeicherelementen 24.
  • In 1 ist zu erkennen, dass die Latentwärmespeicherelemente 24 eine quaderförmige Gestalt aufweisen, wobei die Längsachse L vertikal ausgerichtet ist. Die einzelnen Latentwärmespeicherlemente 24 sind in den beiden ersten Bereichsabschnitten 12a, 12b jeweils so beabstandet voneinander aufgereiht, dass sich Zwischenräume 26 bilden.
  • Diese Zwischenräume 26 der beiden Bereichsabschnitte 12a (vorderer erster Bereichsabschnitt), 12b (hinterer erster Bereichsabschnitt) des ersten Bereichs 12 kommunizieren über Öffnungen 28 mit den jeweils zugeordneten Bereichsabschnitten 14a (vorderer zweiter Bereichsabschnitt), 14b (hinterer zweiter Bereichsabschnitt) des zweiten Bereichs 14, wobei die Bereichsabschnitte 12a, 12b des ersten Bereichs 12 jeweils vertikal gesehen direkt über den zugeordneten Bereichsabschnitten 14a, 14b des zweiten Bereichs 14 angeordnet sind.
  • Eine die Öffnung 28 umgebende Halterung 30 stützt einen Rahmen 32, der die Latentwärmespeicherelemente 24 umgibt, und dadurch die Latentwärmespeicherelemente 24 anordnet und hält. Der Rahmen 32 wiederum ist von einer Isolierung 34 umgeben, die bis auf die Luftaustrittsöffnungen 54 auch die Heizelemente 18a, 18b und somit den gesamten Luftführungsraum 58 der Heizvorrichtung 10 umgibt. Die gesamte Heizvorrichtung 10 besitzt ein Gerüst 36, an dem eine Außenverkleidung 38 angebracht werden kann, wobei in 4 nur die obere Abdeckung 40 mit der Bedieneinheit 42 gezeigt ist.
  • Die Latentwärmespeicherelemente 24 besitzen eine Wandung aus ca. 2 mm starkem Aluminium und weisen eine Länge von ca. 40 cm, eine Breite von ca. 2 cm und eine Tiefe von ca. 5 cm auf, wobei der Hohlraum im Inneren der Latentwärmespeicherelemente 24 mit einem Gemisch aus Zuckeralkohol und Salzhydrat gefüllt ist, dessen Mischung so eingestellt ist, dass sich eine Phasenwechseltemperatur für den Phasenübergang zwischen fest und flüssig von ca. 200°C ergibt.
  • Schließlich besitzt die Heizvorrichtung 10 eine Steuerung 44 und einen Lüfter 46 sowie einen Stromanschluss (nicht gezeigt). Der Lüfter ist bevorzugt ein Radiallüfter. Dieser Lüfter 46 kommuniziert mit den Lufteintrittsöffnungen 48 in der Seitenwand 50 der Außenverkleidung 38, um Umgebungsluft anzusaugen. Außerdem kommuniziert der Lüfter 46 mit dem hinteren zweiten Bereichsabschnitte 14b, um die angesaugte Umgebungsluft zu dem Heizmittel 18b zu leiten. Die Luft im zweiten Bereichsabschnitt 14b kann über die Öffnung 28 zwischen zweitem Bereichsabschnitt 14b und erstem Breichsabschnitt 12b in den hinteren ersten Bereichsabschnitt 12b übertreten und wird dort durch die Zwischenräume 26 an den Latentwärmespeicherelementen 24 vorbei geleitet. Zwischen den ersten Bereichsabschnitten 12b, 12a besteht oberhalb der Trennwand 20 eine Verbindung 52 (vgl. 5), so dass die Luft vom hinteren ersten Bereichsabschnitt 12b in den vorderen ersten Bereichsabschnitt 12a übertreten kann.
  • Diese Verbindung 52 ist als Absenkungen (nicht gezeigt) der Trennwand 20 im Bereich der jeweiligen Luftspalte 26 ausgebildet, so dass die Trennwand 20 eine kammförmige Gestalt an ihrem oberen Ende aufweist.
  • Vom vorderen ersten Bereichsabschnitt 12a kann die Luft durch die Zwischenräume 26 vorbei an den Latentwärmespeicherelementen 24 vorbei durch die Öffnung 28 in den vorderen zweiten Bereichsabschnitt 14a übertreten und wird dort vorbei an dem Heizelement 18a durch die Luftaustrittsöffnungen 54 in der Vorderwand 56 der Außenverkleidung 38 in den zu heizenden Raum (nicht gezeigt) abgegeben.
  • Der gesamte Luftführungsraum 58 innerhalb der Heizvorrichtung 10 ist vollständig abgeschlossen, so dass die Luft nur auf dem beschriebenen Luftführungsweg geleitet wird.
  • Die Lufteintrittsöffnung 48 ist mit einem steuerbaren Klappenverschluss (nicht gezeigt) versehen, um die Luftzufuhr aus der Umgebung zu unterbinden. Außerdem könnten auch die Luftaustrittsöffnungen 54 mit einem steuerbaren Klappenverschluss (nicht gezeigt) versehen sein, um den Austritt erwärmter Luft in die Umgebung im Wärmeauflademodus zu verhindern.
  • Schließlich könnte eine Luftweiche (nicht gezeigt) dahingehend bestehen, dass ein Umluftbetrieb in dem Luftführungsraum 58 bei geschlossenen Luftaustrittsöffnungen 54 zu ermöglichen. Dabei schaltet die Luftweiche die Luftansaugung des Lüfters 46 weg von den Lufteintrittsöffnungen 48 hin zu dem vorderen zweiten Bereichsabschnitt 12b.
  • Die Lufteintrittsöffnungen 48, aber bevorzugt auch die Luftsaustrittsöffnungen 54 könnten mit Partikelfiltern versehen sein, um die Belastung der Raumluft mit Partikeln möglichst gering zu halten.
  • Die Heizvorrichtung 10 funktioniert nun folgendermaßen:
  • Heizmodus:
  • Im Heizmodus werden werden je nach gewünschter Heizleistung ein oder beide Heizelemente 18a, 18b mit einer bestimmten Leistung betrieben und zugleich wird der Lüfter 46 bei einer relativ hohen Umdrehungszahl betrieben, um die angesaugte und durch das hintere Heizelement 18b erwärmte Luft möglichst schnell an den Latentwärmespeicherelementen 24 vorbei zu fördern, so dass möglichst keine Wärme von dem Latentspeichermaterial aufgenommen wird. Die erwärmte Luft verlässt anschließend die Heizvorrichtung 10 durch die Luftaustrittsöffnungen 54 und erwärmte die Umgebung.
  • Wärmeauflademodus
  • Im Wärmeauflademodus ist der Lüfter 46 ausgeschaltet und die Klappenverschlüsse der Luftaustrittsöffnungen 54 und der Lufteintrittsöffnungen 48 geschlossen, so dass der Luftführungsraum 58 abgeschlossen ist. Es werden ein oder beide Heizelemente 18a, 18b betrieben und die in dem Luftführungsraum 58 vorhandene Luft wird erwärmt und steigt auf. Dadurch und durch Wärmestrahlung werden die Latentspeichermaterialelemente 24 erwärmt, wobei sich bei einer Temperatur von 200 °C der Phasenzustand des enthaltenen Latentwärmespeichermaterials von fest in flüssig verändert, wobei aufgrund der Isolierung 34 fast keine Wärme nach außen in die Umgebung abgegeben wird. Zusätzlich könnte der Umluftbetrieb verwendet werden, um die Wärme optimal in das Latentwärmespeichermaterial einzuleiten („optimierter Wärmeauflademodus“).
  • Durch diesen Phasenwechsel kann eine sehr große Menge Wärme gespeichert werden, ohne dass ein Temperaturanstieg in den Latentwärmespeicherlementen 24 erfolgt. Dadurch sind die Wärmeverluste im Gegensatz zu herkömmlicher Schamottesteintechnik sehr gering, da die Isolierung 34 aus beispielsweise Steinwollelementen in diesem Temperaturbereich von ca. 200 °C einfach und wirkungsvoll arbeiten kann.
  • Dieser Wärmeauflademodus wird eingesetzt, wenn gerade keine Wärmeanforderung für den Raum besteht und/oder wenn Strom gerade billiger im Vergleich zu anderen Uhrzeiten ist, also beispielsweise 5 Uhr morgens oder 15 Uhr nachmittags, und/oder wenn Leistungsspitzen im Stromnetz bestehen.
  • Speicherheizmodus
  • Im reinen Speicherheizmodus bleiben die Heizelemente 18a, 18b abgeschaltet und die Klappenverschlüsse der Luftaustrittsöffnungen 54 und der Lufteintrittsöffnungen 48 sind geöffnet. Dadurch strömt kalte, von dem Lüfter 46, der bei einer relativ geringeren Umdrehungszahl wie im Heizmodus betrieben wird, angesaugte Raumluft über die Öffnungen durch die Zwischenräume 26 an den Latentwärmespeicherelementen 24 vorbei und wird durch die Luftaustrittsöffnungen 54 in den Raum abgegeben. Die Luft entzieht dem Latentwärmespeichermaterial Wärme, wobei ein Phasenwechsel von flüssig nach fest bei konstanter Temperatur vollzogen wird. Durch Steuerung des Lüfters 46 wird mehr oder weniger angewärmte Luft in den Raum freigesetzt, wodurch die gewünschte Temperatur des Raumes geregelt werden kann.
  • Boost-Modus
  • Im Boost-Modus erfolgt die Luftführung wie im Speicherheizmodus, wobei zusätzlich noch zumindest eines der Heizelemente 18a, 18b betrieben wird. Dadurch steht mehr Heizwärme zur Verfügung, als die Heizelemente 18a, 18b bzw. die Latentwärmespeicherelemente 24 allein zu liefern in der Lage sind. Dadurch können beispielsweise anstelle von 3 kW Leistung der Heizelemente 18a, 18b insgesamt bis zu 6 kW bereitgestellt werden.
  • Die Steuerung gleicht dabei die Wärmeanforderung des Raumes mit der Speichermenge in den Wärmespeichermitteln 16 und der Verfügbarkeit von billigem Strom bzw. von Leistungsspitzen im Stromnetz ständig ab (wobei dies beispielsweise durch Signale eines intelligenten Stromzählers erfolgen kann), wodurch eine Kostenersparnis von etwa 60 bis zu 80% im Vergleich zu normalen Direktheizungen erzielt werden kann.
  • Aus der vorstehenden Darstellung ist deutlich geworden, dass mit der vorliegenden Erfindung eine Heizvorrichtung 10 bereitgestellt wird, mit der Leistungsspitzen in einem Stromnetz effizient beseitigt werden können und/oder die Heizkosten gesenkt werden können. Außerdem kann ein gezieltes Lastmangement betrieben werden und ein Boost-Modus ist möglich.
  • Soweit nichts anders angegeben ist, können sämtliche Merkmale der vorliegenden Erfindung frei miteinander kombiniert werden. Auch die in der Figurenbeschreibung beschriebenen Merkmale können, soweit nichts anderes angegeben ist, als Merkmale der Erfindung frei mit den übrigen Merkmalen kombiniert werden. Eine Beschränkung einzelner Merkmale des Ausführungsbeispiels auf die Kombination mit anderen Merkmalen des Ausführungsbeispiels ist dabei ausdrücklich nicht vorgesehen. Außerdem können gegenständliche Merkmale umformuliert auch als Verfahrensmerkmale Verwendung finden und Verfahrensmerkmale umformuliert als gegenständliche Merkmale. Eine solche Umformulierung ist somit automatisch mit offenbart.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    erfindungsgemäße Heizvorrichtung
    12
    erster Bereich
    12a
    vorderer Bereichsabschnitt des ersten Bereichs 12
    12b
    hinterer Bereichsabschnitt des ersten Bereichs 12
    14
    zweiter Bereich
    14a
    vorderer Bereichsabschnitt des zweiten Bereichs 14
    14b
    hinterer Bereichsabschnitt des zweiten Bereichs 14
    16
    Wärmespeichermittel
    18
    Heizmittel, Widerstandsheizelemente
    18a
    vorderes Heizelement
    18b
    hinteres Heizelement
    20
    Trennwand
    22a, 22b
    Reihen von Latentwärmespeicherelementen 24
    24
    Latentwärmespeicherelemente
    26
    Zwischenräume
    28
    Öffnungen zwischen erstem Bereich 12 und zweitem Bereich 14
    30
    vertikale Halterung der Latentwärmespeicherelemente 24
    32
    Rahmen der Latentwärmespeicherelemente 24
    34
    Isolierung
    36
    Gerüst
    38
    Außenverkleidung
    40
    obere Abdeckung
    42
    Bedieneinheit der Steuerung 44
    44
    Steuerung
    46
    Lüfter
    48
    Lufteintrittsöffnungen
    50
    Seitenwand der Außenverkleidung 38
    52
    Luftverbindung zwischen den ersten Bereichsabschnitten 12b, 12a oberhalb der Trennwand 20
    54
    Luftaustrittsöffnungen
    56
    Vorderwand der Außenverkleidung 38
    58
    Luftführungsraum innerhalb der Heizvorrichtung 10
    L
    Längsachse der Latentwärmespeicherlemente 24

Claims (13)

  1. Heizvorrichtung (10) mit Heizmitteln (18a, 18b) und Wärmespeichermitteln (16, 24), dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeichermittel (16, 24) ein Latentwärmespeichermaterial aufweisen, das zumindest eine Phasenwechseltemperatur aufweist, an der ein Phasenwechsel zwischen einer ersten Phase und einer zweiten Phase erfolgt.
  2. Heizvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmittel (18a, 18b) ein Widerstandsheizelement aufweisen.
  3. Heizvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentwärmespeichermaterial eine Phasenwechseltemperatur im Bereich 130°C bis 270°C, bevorzugt im Bereich 160°C bis 240°C, insbesondere im Bereich 180°C bis 220°C aufweist.
  4. Heizvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentwärmespeichermaterial zumindest ein Material aus der Gruppe: Zuckeralkohol; Salzhydrat; Dicarbonsäure; und polymere Kunststoffverbindungen oder Mischungen davon aufweist.
  5. Heizvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (44) besteht, die angepasst ist, Wärme in den Wärmespeichermitteln (16, 24) zu speichern, wenn a) kein Bedarf für Heizwärme durch die Heizvorrichtung (10) besteht und/oder b) zumindest zwei Uhrzeiten bestehen, die mit unterschiedlichen Kosten für einen Stromverbrauch verbunden sind, und eine Uhrzeit vorliegt, bei der die Kosten niedriger sind als zu der anderen Uhrzeit, und/oder c) in einem Leitungsnetz für elektrischen Strom Leistungsspitzen vorliegen.
  6. Heizvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeichermittel (16, 24) in einem ersten Bereich (12) der Heizvorrichtung (10) und die Heizmittel (18a, 18b) in einem zweiten Bereich (14) der Heizvorrichtung (10) angeordnet sind, wobei zwischen dem ersten Bereich (12) und dem zweiten Bereich (14) bevorzugt eine Verbindung (28) besteht, die eine Luftströmung zulässt.
  7. Heizvorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (12a, 12b) in Bezug auf eine Vertikale über dem zweiten Bereich (14a, 14b) angeordnet ist.
  8. Heizvorrichtung (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei erste Bereiche (12a, 12b) und zumindest zwei zweite Bereiche (14a, 14b) bestehen, wobei in Bezug auf eine Luftströmung bevorzugt vorgesehen ist, dass eine Reihenschaltung eines zweiten Bereichs (14b), eines ersten Bereichs (12b), eines weiteren ersten Bereichs (12a) und eines weiteren zweiten Bereichs (14a) vorliegt.
  9. Heizvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeichermittel (16, 24) zumindest zwei Latentwärmespeicherelemente (24) aufweist, die benachbart unter Bildung eines Luftspalts (26) angeordnet sind.
  10. Heizvorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Latentwärmespeicherelemente (24) in einer ersten Dimension parallel zueinander angeordnet sind, wobei bevorzugt mehrere Latentwärmespeicherelemente (24) zumindest in zwei Dimensionen parallel zueinander angeordnet sind.
  11. Heizvorrichtung (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Latentwärmespeicherelemente (24) eine rohrförmige, bevorzugt runde, ovale oder eckige, insbesondere quaderförmige Gestalt aufweisen, deren Längserstreckung (L) vertikal ausgerichtet ist.
  12. Heizvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Latentwärmespeicherelemente (24) eine Verkapselung für das Latentwärmespeichermaterial aufweisen, die bevorzugt Metall, insbesondere umfassend ein Metall aus der Gruppe Aluminium, Kupfer und Stahl aufweist.
  13. Heizvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (10) ausgebildet ist, zumindest einen der Betriebsmodi d) Betrieb zumindest eines Heizmittels (18a, 18b) mit gleichzeitigem Betrieb eines Lüfters (46), der Umgebungsluft ansaugt (48) und durch das Heizmittel (18a, 18b) erwärmt und die erwärmte Luft aus der Heizvorrichtung (10) aus einer Luftausgabeöffnung (54) ausgibt; e) Betrieb zumindest eines Heizmittels (18a, 18b) ohne Luftansaugung aus der Umgebung und unter Verschluss der Luftausgabeöffnung (54), wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass der Lüfter (46) die Luft in der Heizvorrichtung (10) umwälzt; f) kein Betrieb der Heizmittel (18a, 18b) bei Betrieb des Lüfters (46), der Umgebungsluft ansaugt (48) und durch die Wärmespeichermittel (16, 24) erwärmt und die erwärmte Luft aus der Heizvorrichtung (10) aus einer Luftausgabeöffnung (54) ausgibt; und g) Betrieb zumindest eines Heizmittels (18a, 18b) bei Betrieb des Lüfters (46), der Umgebungsluft ansaugt (48) und durch die Heizmittel (18a, 18b) und die Wärmespeichermittel (16, 24) erwärmt und die erwärmte Luft aus der Heizvorrichtung (10) aus einer Luftausgabeöffnung (54) ausgibt, auszuführen.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2021013965A1 (de) 2019-07-23 2021-01-28 Hvi-Heidrich Value Invest Gmbh Pcm-material, heizvorrichtung und verfahren zum heizen
LU102560B1 (de) * 2021-02-25 2022-08-25 Knaus Louis Raymond Heizkörper

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DE102019119903A1 (de) * 2019-07-23 2021-01-28 HVI - Heidrich Value Invest GmbH PCM-Material, Heizvorrichtung, Wärmespeichermittel und Verfahren zum Heizen
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