DE2117103A1

DE2117103A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeu gen eines erhitzten Mediums fur Beheizungs zwecke

Info

Publication number: DE2117103A1
Application number: DE19712117103
Authority: DE
Inventors: die Anmelder P sind
Original assignee: Vitt, Gerhard, 5070 Bergisch Glad bach, Baur, Eduard, Dipl Ing , 5256 Waldbruch
Priority date: 1971-04-07
Filing date: 1971-04-07
Publication date: 1972-10-26

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen eines erhitzten Mediums für Beheizungszwecke.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines erhitzten Mediums für Beheizungszwecke durch Anwendung elektrischer Energie.
Die bisherige Anwendung elektrischer Energie für Beheizungszwecke erfordert einen vergleichsweise hohen Stromverbrauch, und ist bei Anwendung von Tagesstrom vergleichsweise teuer.
Um die Vorteile des preisgünstigen Nachtstroms zu nutzen, werden Wärmespeicher verwendet, die durch Wiederstandserhitzung feuerfeste Steine erhitzten, die die Fähigkeit haben, die Temperatur lange zu halten. Diese Wärmespeicher erfordern, daß jeder zu beheizende Raum einen eigenen Wärmespeicher hat Die Anlagekosten sind daher entsprechend teuer.
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, den preisgünstigen Nachtstrom für ein zentrales Heizungssystem zu verwenden, um damit die Anlagekosten gering zu halten und sonstige Vorteile zu erreichen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Erzeugen eines erhitzten Mediums für Beheizungszwecke durch Anwendung elektrischer Energie erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein von einer Isolation umgebener metallischer Block durch elektrische Aufheizung zu einem Wärmespeicher erhitzt und der Wärmespeicher zur Erhitzung des aufzuheizenden Mediums genutzt und dieses vorteilhaft im Kreislauf ganz oder teilweise zum Wärmespeicher zurückgeführt wird. Der metallische Wärmespeicher wird dabei auf eine Temperatur im Bereich von 200 bis 10000 C, vorzugsweise in einem Bereich von 300 bis 9000C erhitzt.
Besonders vorteilhaft wird der metallische Block als Wärmespeicher durch eine elektrische Induktion erhitzt, wobei die induktive Erhitzung des metallischen Blocks durch eine Niederfrequenzinduktion, aber besonders vorteilhaft durch eine Hochfrequenzinduktion vorgenommen wird. Die induktive Erhitzung hat den Vorteil eines schnellen Aufheizens bei geringem Stromverbrauch mit vergleichsweise geringen Anlagekosten. Die Hochfrequenzinduktion hat den Vorteil, daß Transformatoren wegfallen können, da der Generator die erforderliche Spannung direkt hergibt. Möglich ist die Anwendung einer Frequenz von nur 300 bis 600 Hz.
Der erhitzte metallische Block kann die Hitze auf ein diesen umgebendes Rohrschlagsystem abgeben, in der das zu erhitzende Medium, vorzugsweise Wasser, durchgeleitet wird. In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung wird jedoch als besonders vorteilhaft vorgeschlagen, daß das zu erhitzende Medium durch den erhitzten Block hindurchgeleitet wird. Anwendung finden kann neben Wasser auch Luft, so daß durch den erhitzten metallischen Block Temperaturen des zu erhitzenden Heizmediums in Temperaturbereichen von 300 bis 5000 C erzeugt werden kann. Besonders vorteilhaft findet jedoch Wasser Anwendung, das in dem metalllischen Block zu Heizdampf führt. Zur Heizdampferzeugung wird nach einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal das Wasser in einen Kanal im erhitzten metallischen Block eingespritzt.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung der vorgeschriebenen Verfahren ist besonders vorteilhaft gekennzeichnet durch einen metallischen Block, der von Induktionsspulen umgeben ist, wobei der Block mit den Induktionsspulen von wärmeisolierenden Wandungen umgeben ist. Dann sind die tnduktionsspulen vorteilhaft in einer wärmeisolierenden porösen feuerfesten Masse eingebettet. Weiterhin ist in dem Block ein Kanal angeordnet, der in weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung in Gestalt einer zylindrischen Ausnehmung vorhanden ist, in die die Spritzdüse für das in den Block einzubringende Wasser zur Heizdampferzeugung hineinragt. In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung ist die Spritzdüse an dem Dampfauslaßstutzen des Blocks befestigt.
Der metallische Block kann aus einer Vielzahl von Stoffen bestehen, die durch elektrische Induktion zu einer Erhitzung führen. So kann er aus einer Metallegierung, aber auch aus einem Metall-Keramischen-Körper bestehen. Besonders vorteilhaft besteht der Block jedoch aus einer Eisenlegierung, weil diese sich durch Induktion sehr leicht erhitzten läßt und vor allem preisgünstig ist. Bei Anwendung der Eisenlegierung wird in weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung vorgeschlagen -eine Eisenlegierung der Zusammensetzung: 0,08 bis 0,12 Gewichtsprozent Kohlenstoff 2 bis 2,4 Gewichtsprozent Silizium 4 bis 6 Gewichtsprozent Chrom Rest Eisen und bei Eisenlegierungen üblichen Bestandteilen oder Verunreinigungen.
In weiterer erfindungsgemäßer-Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß in der Bohrung des Blocks ein aus Kupfer bestehendes Rohr eingelassen ist.
Der metallische Block hat vorteilhaft'eine zylindrische Form.-In weiterer erfindungsgemäßer Ausgesaltung wird vorgeschlagen, daß dem erhitzten Bock ein isolierter Druckkessel vorgeschaltet und zwischen erhitztem Block und Druckkessel ein Ventil angeordnet ist.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. Sie beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausbildungsformen, vielmehr sind weitere, im Rahmen der Erfindung l-iegende Maßnahmen möglich.
Es zeigen: Fig. 1 im wesentlichen Schematisch einen metallischen zylindrischen Block mit diesen umgebenden Induktions-.
spulen, Fig. 2 den metallischen Block mit Induktionsspulen, in einem isolierten Behälter angeordnet, Fig. 3 im vertikalen Schnitt und im wesentlichen schematisch das Heizungssystem, Fig. 4 ' im vertikalen Schnitt und im wesentlichen schematisch ein Fig. 3 gegenüber abgewandeltes System.
Zur Erzeugung von heißem Wasser oder von Heißdampf unter Ausnutzung des preisgünstigen Nachtstroms dient ein zylindrischer Block 10 aus einer Eisenlegierung, der zu seiner induktiven Erhitzung durch Hochfrequenz von Kupferspulen 11 umgeben ist.
Der zylindrische Block 10 ist umgeben von einer von dem zu erhitzten Medium durchflossenen Leitung 12. Das zu erhitzende Medium, eskann gasförmig oder flüssig sein, tritt bei 13 ein und bei 14 aus.
Fig. 2 zeigt den erhitzten zylindrischen Block 10 in der Abwandlung, daß die Leitung 12 durch diesen Block geführt ist, mit der Maßgabe, daß eine Rohrleitung 15 in den Block einmündet, in dem schraubenlinienförmig ein Kanal 16 vorhanden ist. Am Auslaßende ist dann ein weiters Rohrstück 17 angeschraubt.
Der Block ist ebenfalls umgeben von Kupferspulen 11, die in einer feuerfesten keramischen wärmeisolierenden, vorzugsweise hochporösen Masse eingebettet sind. Diese Einbettung ist wiederum vorhanden innerhalb eines Behälters 18 mit einem Verschlußdeckei 19. Der Zwischenraum ist ausgefüllt mit einer wärmeisolierenden Masse, beispielsweise aus dem Mineral Vermiculit oder geblähtem Perlit. Es kann aber auch eine sonstige''wärmeisolierende Masse Anwendung finden. Zugleich können auch abgeschlossene Lufthohlräume 20 vorhanden sein.
Fig. 3 zeigt einen zylindrischen Block 10 aus einer Eisenlegierung, der von seiner ebenen Stirnseite 21 aus mit einer zylindrischen Ausnehmung 22 versehen ist, die sich über die wesentliche Höhe des zylindrischen Blocks erstreckt und einen halbkugelförmigen Boden 23 aufweist. Dieser zylindrische Block ist ebenfalls von Induktionsspulen:li umgeben, die in einer wärmeisolierten feuerfesten Masse eingebettet sind. An der ebenen Kopffläche 21 ist unter Zwischenschaltung einer Wärmesolationsscheibe 24 über Wärmedehnschrauben 25 ein Ablaßstutzen 26 befestigt, von dem aus unter Zwischenschaltung eines Regulierventils 27 die Leitung 28 abgeht, die zu den einzelnen Wärmeaustauschern 29, 29a und 29b usw. führt. Das zu erhitzende Medium, vorzugsweise Wasser, wird in die zylindrische Ausnehmung 21 eingeführt über eine Spritzdüese 30, die von einer Pumpe 31 gespeist wird. Das Wasser wird dem Rücklaufbehälter 32 entnommen, in den der Heizdampf, der durch die Wärmeaustauscher 29 gelangt ist, durch die Leitung 28 zurückgeführt und entspannt wurde. Das erhaltene heiße Wasser kann weitere Anwendung finden, beispielsweise als Wasch- oder Badewasser oder auch für sonstige Beheizungszwecke. Die Pumpe 31 saugt aus dem Behälter 32, der ebenfalls mit einer Wärmeisolierung 31 versehen ist, daß notwendige Wasser an, um dies im Kreislauf wieder in die Ausnehmung 22 des erhitzten Blockes einzuspritzen und in Heißdampf umzuwandeln'.
Die Wärmeaustauscher 29, 29a usw. sind in der Weise ausgebildet, daß diese aus der Rohrleitung 28 bestehen, die dort mit Konvektorrtpen versehen ist oder solchen zusammenwirkt. Da der Heißdampf eine sehr große Hitze hat, sind nur vergleichsweise geringe Querschnitte der Rohrleitung 28 notwendig. Diese lassen sich daher mit geringem Aufwand gut mit einer Wärmeisolation versehen. Die Kavektorflächen brauchen entsprechend nur klein bemessen zu sein.
Es sei verstanden, daß der erhitzte Block auch befähigt ist, Heißwasser zu erzeugen, das in vorhandene Heizkörperanlagen geleitet werden kann. Es sei weiterhin verstanden, daß der in dem erhitzten Block erzeugte Heißdampf auch ohne Durchwanderung durch einzelne Heizkörper oder Konvektoren oder dergleichen Wärmeaustauscher unmittelbar in den Behälter 32 zurückgeführt werden kann und innerhalb eines Rohrschingensystem geführt, zur Erhitzung des Wassers dienen kann, das dann durch übliche Heizkörpersysteme durchgeleitet wird. Zusätzlich kann auch, wie aus Fig. 3 ersichtlich, in einem solchen Falle durch eine Leitung 34 Wasser zugeführt werden, das durch ein Schlangensystem geführt am Auslaß 35 erhitzt austritt. Schließlich ist es möglich, den Heißdampf, der seine Hitze innerhalb des Kreislaufsystems abgegeben hat, im noch gasförmigen Zustand in den erhitzten metallischen Block zurückzuführen, so daß dort eine Rückerhitzung auf hohe Temperatur durchgeführt wird.
Fig. 4 zeigt die Maßgabe, daß der Heißdampf durch die Leitung 28 in einen Druckkessel 32 zurückgeführt wird. Innerhalb dieses Druckkessels bildet sich bei der Kondensation des Heiß dampfes ein Druck im Raum 36 aus, der dazu führt, daß das Wasser unter Druck ohne Zwischenschaltung einer besonderen, in Fig. 3 noch dargestellten Pumpe in die Spritzdüse 30 ge--lagt. Vorhanden ist in diesem Falle- ein Regel- oder Druckminderventil 37 zwischen Druckbehälter 32 und erhitztem metallischen Block 10.
Es sei verstanden, daß die Vorrichtung versehen ist mit Zeitschaltuhren, Ventilen und Thermostaten, um den Nachtstrom zu nutzen und die erforderliche Warmwasser- oder Heizdampferzeugung den gegebenen oder gewünschten Verhältnissen stets und selbstätig anzupassen.
Der metallische Block wird durch Nachtstrom auf eine Temperatur', erhitzt, beispielsweise eine Temperatur von 600 bis 8000 C.
Zufolge der diesen umgebenen Isolation hält er seine Hitze über-mehrere Tage, sofern keine Durchleitung von Wasser zur Warmwasser- oder Heizdampferzeugung erfolgt.
Sofern der Block auf eine Temperatur von etwa weniger als 1500 C abgekühlt ist, dann wird er durch Induktion wieder erhitzt. Die Erhitzung kann auch bei hohem Wärmeverbrauch mit Tagesstrom erfolgen.

Claims

A n s p r ü c h e

Verfahren zum Erzeugen eines erhitzten Mediums für Beeizungszwecke durch Anwendung elektrischer Energie, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein von einer Isolation umgebener metallischer Block durch elektrische-Aufheizung zu einem Wärmespeicher erhitzt und der Wärmespeicher zur Erhitzung des aufzuheizenden Mediums genutzt und dieser vorteilhaft-im Kreislauf ganz oder teilweise zum Wärmespeicher zurückgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d-a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Erhitzung des metallischen Wärmespeichers auf eine Temperatur im Bereich von 200 bis 10000 C vorgenommen' wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Erhitzung auf Temperatur in einem Bereich von 300 bis 9000 C vorgenommen wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein metallischer Block durch eine elektrische Induktion erhitzt wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die induktive Erhitzung des metallischen Blocks durch eine Niederfrequenzinduktion erfolgt.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, d a d u r c h e e k e n n z e i c h n e t , daß die Erhitzung des metallischen Blocks durch eine Hochfrequenz-Induktion vorgenommen wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k-e n n z e i c h n e t daß das zu erhitzende Medium durch den erhitzten Block hindurchgeleitet wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß für das zu erhitzende Medium Wasser verwendet wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e, , daß für das zu erhitzende Medium Luft verwendet wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß in dem erhitzten metallischen Block Heizdampf erzeugt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß zur Heizdampferzeugung das Wasser in einem Kanal im erhitzten metallischen Block eingespritzt wird.
12. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach einem oder mehreren der-vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h einen metallischen Block (10), der von Induktionsspulen (11) umgeben ist und der Block mit den Induktionsspulen von wärmeisolierenden Wandungen umgeben ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12,- d a d u r c h g e -k e n n z e i c h ne t , daß die Induktionsspule (11) in einer wärmeisolierenden porösen feuerfesten Masse eingebettet sind.
14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 und 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in dem Block ein Kanal (16, 22) angeordnet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch' 14, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß in dem Block (10) eine zylindrische Ausnehmung (22) vorhanden ist, in die die Spritzdüese (30) hineinragt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Spritzdüse (30) an dem Dampfauslaßstutzen (26) befestigt ist.
17. Vorrichtung nach den Ansprüchen '12 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Block (10) aus einer Eisenlegierung besteht.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Block (10) aus einer Eisenlegierung folgender Zusammensetzung besteht: 0,08 bis 0,12 Gewichtsprozent Kohlenstoff 2 bis 2,4% Silizium 4 bis 6 % Chrom Rest Eisen und bei Eisenlegierungen üblichen Bestandteilen oder Verunreinigungen.
19. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12'bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Block aus einem Metall-Keramischen-Körper besteht.
20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in der Bohrung des Blocks ein aus Kupfer bestehendes Rohr eingelassen ist.
21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 20, d a dur c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß der metallische Block (10) zylindrischer Ausbildung ist.
22) Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -ne t , daß dem erhitzten Block (10) ein isolierter Druckkessel (32) vorgeschaltet ist und zwischen erhitztem Block und Druckkessel ein Ventil (37) angeordnet ist.

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