DE2218379A1

DE2218379A1 - Verfahren zur herstellung von waermespeicherkernen sowie nach diesem verfahren hergestellter waermespeicherkern

Info

Publication number: DE2218379A1
Application number: DE2218379A
Authority: DE
Inventors: Dirk Dipl Ing Kruse
Original assignee: Heinrich Koppers GmbH
Current assignee: Heinrich Koppers GmbH
Priority date: 1972-04-15
Filing date: 1972-04-15
Publication date: 1973-10-25
Also published as: AT318095B; BE797515A; IT981325B; FR2180706B3; LU67427A1; FR2180706A1; NL7305004A; GB1377907A; DE2218379B2; CH557709A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wärme speiche rke rnen für Speicherheizkörper, insbesondere für elektrische Wärmespeicheröfen, die aus zwei verschiedenen Wärmespeichermaterialien, bestehen, sowie einen nach diesem Verfahren hergestellten, besonders geeigneten Wärmespeicher» kern.

Bei der Herstellung von Wärme speiche rke men für Speicherheizkörper ist davon auszugehen, daß an die zum Einsatz gelangenden Wärmespeichermaterialien hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften ganz bestimmte Anforderungen gestellt werden. Sie sollen bei einem möglichst geringen Volumen die Fähigkeit besitzen, eine möglichst große Wärmemenge zu speichern. Um diese Forderung erfüllen zu können, muß der verwendete Werkstoff eine möglichst

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hohe spezifische Wärme und eine möglichst hohe Rohdichte haben. Außerdem ist eine hohe Wärmeleitzahl erwünscht, damit die Wärme im Bedarfsfall in möglichst kurzer Zeit aus dem Wärmespeicherkern entnommen werden kann. Eine hohe Wärmeleitzahl führt außerdem zu einer weitgehenden Temperaturgleichmäßigkeit über den gesamten Wärmeepeicherkern beim Aufladen und Entspeichern und verbessert damit seine Ausnutzbarkeit. Schließlich sollen die verwendeten Wärme speiche «materialien die Anwendung möglichst hoher Temperaturen bei der Aufheizung zulassen und sich durch eine relative Preiswürdigkeit auszeichnen.

Entsprechend diesen Forderungen werden heute zur Herstellung von Wärmespeicherkernen fast ausschließlich feuerfeste keramische Stoffe wie Magnesit, Serpentin, Olivin und Schamotte verwendet. Diese Stoffe lassen sich zwar zu mannigfaltigen Konstruktionsformen verarbeiten. Die dabei anzuwendenden Herstellungsverfahren (Zerkleinern des Rohmaterials, Pressen und Brennen) lassen jedoch nur die Erzielung relativ geringer Rohdichten zu. So beträgt beispielsweise die Rohdichte bei einem zu einem Wärmeepeicherkern verarbeiteten Magnesit kaum über 3, 0 kg/l und bei einem zu einem Wärmeepeicherkern verarbeiteten Olivin kaum über Z, 8 kg/l. Für die

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rohen, nichtverarbeiteten Mineralien liegea die entsprechenden Werte dagegen bei 3, 3 kg/l und mehr für den Magnesit und 3₀ 2 kg/l für den Olivin. Die Rohdichte des Wärxneepeicherfcema ist jedoch ausschlaggebend für die pro Volumeneinheit zu speichernde Wärme» menge, d.h. dass Wärme Speichermaterialien geringerer Rohdichte zur Speicherung einer bestimmten Wärmemenge mehr Kernvolumen benötigen und damit zwangsläufig zu entsprechend größeren Speicherheizkörpern führen.

Man hat deshalb auch bereits vorgeschlagen. Metalle, die höheres spezifisches Gewicht (bei schmelzflüssigen Materialien faßt ideafciach mit der Rohdichte) als die gebräuchlichen feuerfesten keramischen Materialien besitzen, zur Herstellung von Wärme speicherkern en zu verwenden. So besitzt beispielsweise Gußeisen ein zwei-bis dreimal so hohes spezifisches Gewicht und eine etwa fünfzehnfache Wärmeleitfähigkeit. Wegen ihres relativ hohen Preises haben sich Wärme. speicherkerne aus massivem Metall, die ja immer das Produkteines vorhergehenden Verhüttung β- und Schmelzprozesses sind, bisher nicht durchsetzen können.

Der vorliegenden Erfindung lag deshalb die Aufgabenstellung zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Wärme speiche rkernen zu schaffen, das die Erzeugung von Wärme speicherkernen mit relativ hoher

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Rohdichte und großer Speicherkapazität gestattet, die trotzdem preisgünstiger sind als Wärmespeicherkerne aus massivem „Metall.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Wärmespeicherkernen, die aus zwei verschiedenen Wärmeapeichermaterialien bestehen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das eine Wärmespeichermaterial in möglichst grobstückiger Form in eine allseitig verschließbare Gießform gefüllt wird, worauf das andere Wärme speichermaterial im geschmolzenen Zustande in die verbliebenen Hohlräume in der Gießform gegossen wird und diese damit ausgefüllt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es dabei, das stückige und das geschmolzene Wärmespeichermaterial in beliebiger Weise zu kombinieren, wobei natürlich beide Komponenten in möglichst hohem Maße die eingangs erwähnten physikalischen Eigenschaften aufweisen müssen. Die Kombination beider Komponenten wird natürlich vor allem auch unter Berücksichtigung der Kostenfrage erfolgen. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet aber in jedem Falle günstigere Herstellungskosten, als sie bei einem Wärme speicherkern auftreten,

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der zu 100 % aus einem geschmolzenen Metall besteht» Gleichzeitig bietet es für das stückige Wärmespeichermaterial die Gewähr der optimalen ursprünglichen Rohdichte, da dieses Material ja als Rohmaterial, welches nur grofe verkleinert wurde,, zum Einsatz gelangen kann.

Als stückiges Wärmespeichermaterial können dabei in erster Liaie grobkörnige rohe Mineralien mit geeigneten physltalisclieia Eigenschaften, wie beispielsweise Magnesit, Serpentin und Olivia zur Anwendung gelangen, während als geschmolzenes Wärme speichermaterial vorzugsweise Basalt, Hochofenschlacke» Roheisen, Gußeisen und andere raffinierte und unraffinierte Metalle mit geeigneten physikalischen Eigenschaften verwendet werden können.

Es ist aber auch möglich, daß als stückiges Wärme speichermaterial Metallstücke mit geeigneten physikalischen Eigenschaften und als geschmolzenes Wärme speichermaterial· geschmolzene Mineralien, Schlacken und/oder Metalle verwendet werden.

Bei der Herstellung der Wärinespeicherkerne nach dem erfindungs-

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gemäßen Verfahren kann es unter Umständen erforderlich sein, das in der Gießform befindliche stückige Wärme speichermaterial soweit vorzuwärmen, daß beim Eingießen des geschmolzenen Wärmespeicher, materials in die Form kein Erstarren der Schmelze eintritt. Ebenso kann diese Maßnahme zur Abstimmung des Wärmedehnungsverhaltene der beiden Komponenten notwendig sein.

Ist das stückige Wärmespeichermaterial spezifisch leichter als das geschmolzene, so muß die Eingußöffnung der Gießform so klein und der Abschlußdeckel so schwer sein, daß das spezifisch leichtere Material nicht aufschwimmen kann und dadurch keine Entmiechung entsteht.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Wärme epeicherkerne können im Gegensatz zu gepreßten und gebrannten Wärmespeicherkernen in fast jeder beliebigen Größe hergestellt werden. Diese ist praktisch nur durch die Hantierbarkeit der fertigen Wärmespeicherkerne begrenzt.

Durch das Einsetzen von Gießkernen in die Gußform können ohne Schwierigkeiten Wärmespeicherkerne mit Ausnehmungen und Durch-

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dringungen hergestellt werden, wie sie beispielsweise für das Einbringen der Heizelemente notwendig siad.

Bei den nach dem erfindungsgemäien Verfahren hergestellten Wärmeepeicherkernen ist in der Regel der Wärmeaustausch, ausschließlich über die Außenflächen derselben möglich, da diese eine größere. Oberflachenrauigkeit und daneifc eiae größere Wärmeaus tauscbiläehe als bei gepreßten und gelbi-amiien Wärmespeichez-kernen besitzen. Im Gegensatz zu dem letzteren braacfeen daliex¹ iß der Regel bei den nach dem erfindungsgemäßeia Verfahren kerge» stellten Wärme speicherkernen keine Duircfedringuiigea zur Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche vorgessfeen zu werden. Gegebenenfalls genügt es vielmehr, wenn die Außenfläche amreh Rippen oder ähnliches vergrößert wird.

In der Abbildung ist in vereinfachter Darstellung ein Schnitt durch eine Gießform mit einem nach dam erfiad&ngsgemSßen Verfahren hergestellten Wlrmespeicherkern dargestellt. Man erkennt die Gießform 1, die oben durch den abnehrabaren Deckel 2 verschlossen ist. In diesem befindet sich die Eingußöffnung 3. Zur Herstellung des Wärme speiche rkerne s wird die Gießform 1 zunächst

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mit dem möglichst grobstückigen Wärmeepeichermaterial in möglichst dichter Packung gefüllt. Sodann wird der Deckel 2 auf die Gießform aufgesetzt, und durch die EinguÜöffnung wird das geschmolzene Wärmespeichermaterial eingefüllt. Dieses füllt die Poren und Hohlräume zwischen dem grobstückigen Wärmeepeichermaterial aus und ist in der Abbildung dunkel dargestellt. Um einen Auftrieb und eine Entmischung des grobetückigen Wärmespeichermaterials ZM vermeiden, kann der Deckel 2 belastet werden.

Eine bevorzugte Zusammensetzung für einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Wärme speicherkern besteht in der Kombination von Rohoiivin als stückigem Wärmespeichermaterial und Roheisen als geschmolzenem Wärme speichermaterial. Die Mengenverhältnisse liegen dabei vorzugsweise bei 50 - 60 Vol. -% Olivin und 40 bis 50 Vol. -% Roheisen.

In der nachfolgenden Tabelle sind die Werte für die Rohdichte bzw. das spezifische Gewicht, die Speicherkapazität und die Herstellungskosten für einige Wärme speicherkerne zusammengefaßt. Der Vergleich zeigt, daß die Speicherkapazität für einen nach dem erfindungegemäÄen Verfahren

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hergestellten Wärmespeicherkern auf der Basis Oliv&n/Roheisesi erheblich über den Werten für Wärtne speicherkerne aus Olivia
oder Magnesit liegt. Der Wert für Roheisen wird fast erreicht« Andererseits liegen die Herstellungskosten bei den erfindungagemäßen Wärmespeicherkernen deutlich unter denen» die für einen Wärmespeicherkern aus Roheisen entstehen. Diese Relation verschiebt sich noch mehr zu Ungunsten des Metalle, wenn etatt des Roheisensein teureres Metall wie z.B. Gußeisen verwendet wird.

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Tabelle Wärme speie herkern- Rohdichte bzw. Speicherkapazität Herstellungskosten

Zusammensetzung spezifisches Gewicht in kcal/l bei 700⁰C DM/1 DM/Mcal

in kg/dm³ (1) bzw.

g/cm³

Olivin

Magnesit

Roheisen

Olivin/Roh eisen 50 : 50 Vol.-%

Olivin/Rohe i sen 60 : 40 Vol. -%

502	1,33	2.55
567	1,77	3, 12
785	2,73	3,47
694	1,96	2,82
673	1,84	2,74

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung von Warane speiche rkernea für Speicherheizkörper, insbesondere für elektrische Wärmespeicheröfen, die aus zwei verschiedenen Wärme Speichermaterialien bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Wärme speichermaterial in möglichst grob stückiger Form in dichter Schüttung in eine allseitig -yexscMießbare Gießform gefallt wird, worauf das andere Wärsnespeichermatesrial lim geschmolzenen Zustande in die verbliebenen HoMräuzne ia der Gießform gegossen wird und diese damit ausgefüllt wer den.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Gießform befindliche stückige Wärme speichermaterial vorgewärmt wird.
3.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und Z₃ dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eine© stückige» Wärmespeichermaterials, das spezifisch leichter als das geschmolzene Wärme» speichermaterial ist, der Abschlufldeckel der Gießform so

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schwer und die Eingußöffnung derselben so klein gehalten wird, daß ein Auftrieb des spezifisch leichteren Materials und eine Entmischung der beiden Komponenten vermieden werden.
4.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als stückiges Wärmespeichermaterial rohe Mineralien mit geeigneten physikalischen Eigenschaften wie Magnesit, Serpentin und Olivin und als geschmolzenes Wlrmespeichermaterial Basalt, Hochofenschlacke, Roheisen, Gußeisen und andere raffinierte oder unraffinierte Metalle mit geeigneten physikalischen Eigenschaften verwendet werden.
5.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als stückiges Wärmeepeichermaterial Metallstücke mit geeigneten physikalischen Eigenschaften und als geschmolzenes Wärmespeichermaterial geschmolzene Mineralien, Schlacken oder Metalle verwendet werden.
6.) Wärme speicherkern gemäß Anspruch 4, gekennzeichnet durch 50 - 60 Vol.-% stückigen Olivin und 40-50 VoI. -% geschmolzene· Roheisen.

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