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Vorrichtung zum Erzeugen eines erhitzten Mediums für Beheizungszwecke.
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Zusatz zu Patent ... (Patentanmeldung P 21 45 097.5) Die erfindung
betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines erhitzten Mediums für Beheizungszwecke,
insbesondere Nachtstromspeicherheizung, mit mindestens einer Induktionsspule, die
einen metallischen, durch Induktion erhitzbaren block umgibt, der seine Wärme an
einen das zu erhitzende medium enthaltenden Behalter überträgt.
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In: Hauptpatent ... (Patentanmeldung P 24 45 097.5) ist eine Nachtstrompeicherheizung
beschrieben, bei welcher elne
Induktionsspule einen metallischen
block erhitzt, der seine Wärme an einen separaten, abgeschlossenen Behälter überträgt,
durch welchen das zu erhitzende Medium eines Heizkreislaufsystems, insbesondere
Wasser hindurchgeleitet wird. Der separate Behälter befindet sich dabei innerhalb
einer zentrischen Ausnehmung des metallischen Blocks oder er ist auf einen Teil
der Blockoberseite aufgesetzt. Die Vorrichtung nach dem Hauptpatent ist insofern
noch nicht optimal, da der Wirkungsgrad der induktiven Lrhitzunr des metallischen
Blocks noch erhöht werden kann.
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Erfindungsgemäß hat der metallische Block der erfindungsemäßen Vorrichtung
im Querschnitt die Form eines I, wodurch im Block bzw. Spulenkern eine gute Ausbildung
von Induktionsströmen sowie ein hoher Wirkungsgrad bei der Wärmeerzeugung erreicht
werden.
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Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Leistungsfähigkeit der Nachtstromspeicherheizung
nach dem Hauptpatent zu erhöhen, insbesondere die im metallischen Block und die
in der feuerfesten Masse der Induktionsspule gespeicherte Wärme besser auszunutzen
und optimal auf das im Heizkreislaufsystem zirkulierende Medium zu übertrafen. Desweiteren
ist es Aufgabe der Erfindung, die Einrichtung zum Entfernen des separaten Behälters
vom erhitzten metallischen Block als Mittel zur Regulierung der im Behälter stattfindenden
Wassererhitzung bzw. Dampferzeugung betriebssicher zu gestalten.
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Erfindungsgemäß wird bei einer Vorrichtung zum Erzeugen eines erhitzten
Mediums für Beheizungszwecke, insbesondere
Nachstromspeicherheizung,
mit mindestens einer Induktionsspule, die einen metallischen, durch Induktion erhitzbaren
Block umgibt, der seine Wärme an einen das zu erhitzende Medium enthaltenden Behälter
überträgt, erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zur Vergrößerung der einander benachbarten
Wärmeübertragungsflächen zwischen metallischem block und Behälter diese abwechselnd
mit jeweils i-neinander greifenden Erhebungen und Vertiefungen versehen sind.
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Die rhebungen und Vertiefungen der TarmeübertragungsClächen können
die Forr von Mulden, stchen und Buckeln haben, die schachbrettartig verteilt sind.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, daß die Erhebungen und Vertiefungen der
?Jrmeübertragungsflächen im Querschnitt betrachtet ineinander liegende Wellungen
sind, die geradlinig und parallel zueinander verlaufen oder konzentrische Ringe
bilden. Durch die sich hieraus ergebenden vergleichsweise großen Wärmeübertragungsflächen
wird die gespeicherte Wärme gut auf den separaten erhälter übertragen, auch wenn
der Wärmeübergangskoeffizient zwischen der wärmeabrebenden Tand des metallischen
Blocks und der wärmeaufnehmengen land des separaten Behälters nicht sehr hoch sein
sollte. Die Erhebungen und Vertiefungen der warmeaufnehmenden Behälterwand versteigen
diese gleichzeitig, so daß sie vergleichsweise dünn sein kann und den Wärmestrom
in cas lir Behälterinneren befindliche Medium praktisch nicht hemmt.
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Der Flüssigkeitsbehälter kann sich innerhalb einer zentrischen Ausnehmung
des metallischen Blocks befinden. Bei dieser Lösung ist der metallische Block des
induktiven Wärmegebers hohl. Nach einem Merkmal der Erfindung kann der metallische
Block auch massiv sein und eine große Masse haben, damit er möglichst viel Wärme
speichern kann.
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Bei dieser Lösung ist der Flüssigkeitsbehälter an der Oberseite des
metallischen Blocks angeordnet, welche als erfindungsgemäße WärmeübertragungsSläche
mit Erhebungen und Vertiefungen versehen ist.
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Der massive metallische Block bzw. Spulenkern kann beispiels weise
aus einem Zylinder mit einem ebenen Mantel bestehen Vorzugsweise weist der Zylinder
an seiner Oberseite und an seiner Unterseite je einen vorstehenden Flansch auf.
Der so gebildete metallische Block kann einstückig sein; er ist vorzugsweise aus
mehreren Teilstücken zusammengesetzt, von unten nach oben gesehen, aus der unteren
Flanschplatte, aus einem unteren Spulenkernteil, aus einem oberen Spulenkernteil
und aus der oberen Flanschplatte. Die einzelnen Teile sind verschweißt oder mittels
eines Metallkittes verkittet.
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Zwischen dem Spulenkernmantel und den beiden vorstehenden Flanschplatten
wird ein Ringraum gebildet, in welchem erfindungsgemäß eine oder mehrere Induktionsspulen
angeordnet sind, die in einer feuerfesten und wärmespeichernden Masse eingebettet
sind.
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lTach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist mindestens eine der
Induktionsspulen hohl und von dem zu erhitzenden Medium durchströmbar. Dadurch kann
die hohle Induktionsspule gekühlt werden, was notwendig ist, wenn der massive metallische
Block auf eine Temperatur von über etwa 4500 C erhitzt wird.
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Gleichzeitig wird in der hohlen Induktionsspule beispielsweise Warmwasser
erzeugt, das durch das Heizkreislaufsystem geleitet werden kann Es besteht die Möglichkeit,
auf den separaten Flüssigkeitsbehälter zu verzichten und die Wärme des Wärmespeichers
nur durch das durch die hohle Induktionsspule strömende Medium abzuführen.
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Die untere Flanschplatte des erfindungsgemäßen, im Querschnitt die
I'orm eines I-aufweisenden Blockes kann für das zu erhitzende Medium Kanäle enthalten,
die mit der Vorlauf- und Rücklauf leitung des Heizkreislaufsystems verbunden sind.
Auf diese weise kann die im Fuß des metallischen Blocks gespeicherte Wärme zu jeder
gewünschten Zeit für die Wassererwärmung nutzbar gemacht werden.
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Der separate Flüssigkeitsbehälter ist in Abhängigkeit seines Gewichtes
mittels eines Seilzuges selbsttätig anhebbar und vom metallischen Plock entfernbar,
was weiber unten'näher beschrieben wird.
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e finun sei ar.hand des ir der Zeichnng dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert
In der Zeichnung sind rqit 10 die Vorlaufleitung
und mit 11 die Rücklaufleitunz eines in sich geschlossenen, nicht dar?estellten
Heizkreislaufsystems bezeichnet. Dieses Syster ist beispielsweise eine Warmwasserheizung.
Abgekühltes Wasser läuft durch die Vorlaufleitung 10 über das Absperrorgan 12 und
über eine Leitung 13 in das Innere eines abgeschlossenen Behälters 14 hinein. Im
Behälter 14 sammelt sich das zu erhitzende Wasser 15 an, welches einen mittleren
Flüssigkeit stand 16 aufweist. Das im Behälter 14 erhitzte Wasser steigt durch die
Leitung 17 nach oben und verläßt den Behälter über das Absperrorgan 18 und die Rücklaufleitung
11.
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Der Flüssigkeitsbehälter 14 ist auf der Oberseite eines massiven metallischen
Blocks angeordnet, der nach der Zeichnung nicht einstückig, sondern aus vier Teilstücken
aufgebaut ist. Von unten nach oben betrachtet, besteht der metallische Block aus
einer unteren runden Flanschplatte 19, aus einem unteren Spulenkernteil 20, aus
einem oberen Spulenkernteil 21 und aus einer oberen runden Flanschplatte 22.
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Die Spulenkernteile 20 und 21 haben zylindrische Idantelflächen, von
denen die Stirnseiten der beiden Flanschplatten 19 und 22 nach außen vorstehen,
so daß der Vertikalschnitt durch den aus einer Eisenlegierung bestehendien metallischen
Block die Form eines I hat. Der vierteilige metallische Block ist zusammengeschweißt
oder zusammengekittet.
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Zwischen den Mänteln der Spulenkernteile 20 und 21 und den Innenseiten
der vorstehenden Flanschplatten 19 und 22 wird ein Ringraum gebildet, in welche
zwei konzentrisch zueinander liegende Induktionsspulen 23 und 24 angeordnet sind,
die in einer feuerfesten und wärmespeichernden Masse 25 eingebettet sind. Mit 23
ist die innere und mit 24 ist die äußere Induktionsspule bezeichnet. Die beiden
Spulen sind vorzugsweise so angeordnet, daß die Windungen der äußeren Spule 24 die
Windungslücken der inneren Spule 23 abdecken.
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Nährend der Nacht wird der aus den vier Teilen 19 bis 22 zusammengesetzte
metallische Block sowie die wärmespeichernde lasse 25 mit preiswertem Nachtstrom
induktiv erhitzt. Die induktive Erhitzung des massiven Metallblocks erfolgt dabei
mit einem hohen lsgirkungsgrad, da sich infolge dessen Form eines I die Induktionsströme
gut ausbilden können. Die Volumen des Metallblocks und der wärmespeichernden Masse
25 sind so groß, daß eine große Wärmemenge gespeichert und über längere Zeit gehalten
werden kann.
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Die nachts gespeicherte arme wird zur Tageszeit vom metallischen Block
und von der wärmespeichernden Masse 25 auf den Flüssikeitsbehllter 14 übertragen.
ach seitwärts und nach unten sind Speichermasse und metallischer Block durch eine
därmeisolierung 26 abisoliert. Die Oberseite der Flanschplatte 22 ist als Wärmeübertragungsfläche
abwechselnd mit Erhebungen
und Vertiefungen 27 versehen. Dementsprechend
hat die benachbarte Wärmeü.bertragungsfläche des Behälters 14, nämlich die Behälterunterseite
28 ebenfalls abwechselnd Erhebungen und Vertiefungen, wobei die Profile der beiden
benachbarten Wärmeübertragungsflächen ineinander verzahnt sind. Das Maß des Wärmeüberganges
von der Flanschplatte 22 auf den Behälter 14 ist durch die Dicke des Luftspaltes
29 zwischen beiden Wärmeübertragungsflächen einstellbar.
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Die Induktionsspulen 23 und 24, welche einen beliebigen Querschnitt
haben können, sind hohl und von dem zu erhitzenden Medium durchströmbar. So ist
in der Zeichnung zu sehen, daß die Leitung 10 des Heizkreislaufsystems über eine
Abzweigung 30, Absperrorgan 31, Zuleitung 32, Absperrorgan 33 und Leitung 34 mit
der untersten Windung der inneren Induktionsspule 23 verbunden ist. Der Ausgang
der Induktionsspule 23 ist an der obersten Spulenwindung über Leitung 35, Absperrorgan
36 und Leitung, 37 mit der zum Heizkreislauf führenden Leitung 11 verbunden. Durch
Schliefung der beiden Absperrorgane 12 und 18 ist der Flüssigkeitsbehälter 14 umgehbar.
Dann kann nach Öffnung der Absperrorgane 31, 33 und 36 Wasser durch die innere Induktionsspule
23 zirkuliert werden, welches während der TaGeszeit die im Wärmespeicher gespeicherte
T rmemenge allmfnlich abbaut und zu deniieizkörpern der Heizungseinrichtung bringt.
Bei diesem Betrieb müssen das Absperrortoean 38 un das Absperrorgan 39 geschlossen
sein.
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Sollten während der nächtlichen induktiven Erhitzung des Wärmespeichers
an diesem höhere Temperaturen als etwa 4500 G auftreten, so wird die Induktionsspule
durch das geschilderte System gekilhlt und vor einer Zerstörung bewahrt.
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Es besteht nicht nur die Möglichkeit, die hohle Induktionsspule 23
bei Tageszeit als Wärmeübertrager bzw. Warmwassererzeuger zu verwenden. Wie aus
der Zeichnung ersichtlich, ist der Ausgang der hohlen Induktionsspule 23 an der
obersten Windung silber eine flexible Leitung 40 auch mit dem das zu erhitzende
Wasser 15 enthaltenden Behälter 14 verbindbar. Bei diesem sogenannten Mischbetrieb
läuft das über Leitung 10 ankommende abgekühlte Wasser bei geschlossenem Absperrorgan
12 durch das geöffnete Absperrorgan 31, durch Leitung 32, durch das geöffnete Organ
33, durch Leitung 34, durch die innere Induktionsspule 23 von unten nach oben und
bei geöffnetem Absperrorgan 38 durch die flexible Leitung 40 in den Behälter 14.
Das in der Spule 23 vorgewärmte Wasser wird im Behälter 14 gegebenenfalls weiter
erwärmt und fließt über Leitung 17, Absperrorgan 18 und Leitung 11 erwärmt zum Heizkreislaufsystem
zurück. Bei dieser Schaltungsmöglichkeit sind die Absperrorgane 36, 39 und 41 geschlossen.
Durch eine Variation des Mischungsverhältnisses ist jede gewünschte Temperatur des
zur Heizungsanlage strömenden erhitzten Wassers erreichbar und es ist möglich, den
Wärmespeicher zeitmäßig und lokal in jeder gewünschten Weise zu entleeren.
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Zur noch genaueren Dosierung in der Wärmeentnahme aus dem Wärme speicher
enthält die untere Flanschplatte 19 für das zu erhitzende Wasser Kanäle 42, die
mit der Vorlauf- und Rücklaufleitung 11, 10 des Heizkreislaufsystems verbunden sind.
So ist es also ntötlich, nach Öffnung des Absperrorganes 39 die Kanäle 42 beispielsweise
nach Art einer Spirale durchströmen zu lassen, wobei das angewärmte Wasser über
Leitung 43, Leitung 37 und geöffnetem Absperrorgan 41 in die Vorlaufleitung 11 einmiindet.
Es ist auch möglich, nur einzelne Kanäle 42 in Abhängigkeit von der Temperatur des
erhitzten metallischen Blocks durchströmen zu lassen.
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Bei übermäßiger Hitzeeinwirkung auf den Wasserbehälter 14 sinkt der
Wasserspiegel 16, der Behälter wird leichtgewichtig und steigt samt den Leitungen
16 und 17 nach oben. Die Rohrdehnungsbögen 44 und 45 können die vertikale Bewegung
des Behälters 14 aufnehmen. ei 46 ist die Rücklaufleitung 10 fest eingespannt, während
die Vorlaufleitung 11 bei 47 fest eingespannt ist.
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Die Oberseite des BehËtlters 14 ist mit einem Hohlzylinder 48 fest
verbunden, der innerhalb einer Stopfbuchse 49 mit Stopfhuchsbrille 50 verschiebbar
ist. Die Stopfbuchse 49 ist innerhalb einer zentrischen Öffnung der Abdeckung 51
der Vorrichtung angeordnet, welche wie das Gehäuse 52 wärmeisoliert ist. An der
Oberseite des Hohlzylinders 48 ist eine Platte 53 befesti>t, an deren Zentrum
ein Seilzug 54 befestigt ist, der über zwei ortsfeste, lose Rollen 55 und 56 nach
unten
zu einer: Gewicht 57 geführt ist. Das Gewicht 57 zieht den
behalter 14 bei niedrigem Wasserspiegel vertikal nach oben.
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Steigt der Wasserspiegel 16 im Behälter 14 wieder auf eine mittlere
.öhe an, so sinkt der Behälter 14 wieder nach unten auf die Oberseite der oberen
Flanschplatte 22 des metallischen blocks zurück. Dieser Vorgang geschieht nicht
schlagartig, weil das Gewicht 57 gegen die Druckkraft einer Druckfeder 58 gezogen
werden muß.