DE2238611A1 - Speicherheizaggregat fuer gasfoermiges waermeentnahmemedium - Google Patents

Description

• Speicherheizaggregat für gasförmiges Wärmeentnahmemedium.
• I)ie Erfindung bezieht sich auf ein Speicherheizaggregat für gasförmiges Wärmeentnahmemedium mit Festkörpermaterial als Wärmespeichermedium.
• Speicherheizaggregate dieser Ausbildung sind in geringer Leistung bereits für die Direktbeheizung von Räumen mittels Warmluft bzw. Heißluft belcsnnt. Bei diesen bekannten Geräten wird das Wärmespeichermedium durch aufeinander geschichtete ziegelartig geformte Preßsteine aus Magnesit, Dolomit oder dgl. Gestein, welches unter hoher Wärmeeinwirkung zu der Blockstein gesintert ist, gebildet.
• s ist such bereits ein Speicherheizaggregat für eine Wariwasserheizung, insbesondere Zentralheizung, mit Vorlauf- und Rücklauf-Anschluß für des Wärmeabgabesystem und einem Wärmetauscher für die Übertragung der Wärme auf das Heizwasser vorgeschlagen worden, bei dem ein elektrisch aufheizbares Speicherheizaggregat aus Feststoff-Wärmespeichermaterial vorgesehen ist, das über ein gasförmiges Zwischenträgermedium mit dem Wärmetauscher in Wärmeübertragungsverbindung steht.
• Auch bei diesem älteren Vorschlag ist von der bekannten Technik ausgegangen, das Speicheraggregat, auch Speicherblock genannt, aus in bakennter Weise unter Einwirkung von Druck und/ oder hoher Temperatur vorgeformten steinen durch deren Übereinanderschichten in geeigneter Weise zu erstellen.
• Allan diesen Konstruktionen von Speicherheizaggregaten, sei es, daß deren gasförmiges Wärmeentnahmemedium als Wärmeträger für die unmittelbare Beheizung von Räumen mittels Warm- oder Heißluft verwandt wird, oder sei es, daß dieses gasförmige Wärmeentnahmemedium lediglich als Wärmezwischenträgermedium für die Weiterleitung der Wärme über einen oder mehrere Wärmetauscher an ein weiteres Wärmeentnahmemedium zum Einsatz kont, weisen erhebliche Nachteile auf, von denen in Folgenden die wesentlichsten dargelegt werden: Ein wesentlicher Nachteil ist der Gestehungspreis des Speicheraggregates (Speicherblockes). Dieser wird einerseits erheblich bestimmt durch die Herstellungskosten für die Blocksteine, aus danen der Speicherblock jeweils zusammengeschichtet wird. Bei der Herstellung dieser Blocksteine ist benso wie bei der Montage der fertig angelieferten Blocksteine der Lohnanteil für manuelle Arbeit besonders hoch. Darüberhinaus werden für den thermischen Behandlungsprozeß des Ausgangsmaterials für die Blocksteine sow-ie für die im Zusammenhang hiermit aufsubringenden Drücke erhebliche Energiemengen gefordert. Diese wirken sich nicht nur über ihren Bezugspreis preissteigernd aus, sondern bedingen auch über die Notwendigkeit der Kapitalbindung zur Bereitstellung der entsprechenden Produktionsmittel einen nicht unerheblichen Preisanteil. £{inzu kommen die 1:osten für den Transport der fertiggestellten Blocksteine zum Herstellungsort des Speicherheizaggregates. Unabhängig hiervon ergibt sich eine weitere stets zu berücksichtigende Möglichkeit für Kostenerhöhungen, welche in der Ausfallquote an fertigen Blocksteinen während deren Transportes begründet ist, da erfahrungsgemäß beim Transport solcher Steine stets eine gewisse Anzahl zumindest beschädigt, wenn nicht gar zerstört wird.
• Abgesehen von diesen kostenmäßigen Nachteilen, die aus unterschiedlichsten Ursachen herrühren können, sind diese Lipeicherheizaggregate aber auch noch in ihrer konstruktiven Konzipie rung beschränkt, da stets auf die Ausbildung des Jeweils zur Aferwenduns kommenden einzelnen Blocksteines und dessen Verbaubarkeit unter Berücksichtigung der Abmessungs- und Betriebsdaten des gesamten Speicherheizaggregates Rücksicht genommen werden muß. weiterhin besteht die Gefahr des Platzens von eingebauten Blocksteinen infolge mechanischer oder thermischer Belastung dadurch, daß an den Stellen, an denen zwei benachbarte Blocksteine sich in Anlage aneinander befinden, erfahrungsgemäß stets ein sich flächenmäßig erstreckender mehr oder weniger dünaer Luftspalt unvermeidbar ist, wird der Wert der Wärmeleitfähigkeit örtlich sprungartig erniedrigt, so daß die örtliche und insbesondere die im Laufe des'Aufheiz- bzw.
• Wärmeentlade-Vorganges gemessene zeitliche Wärmeverteilung im ganzen Speichermaterial erhebliche Ungleichmäßigkeiten auf weist. dadurch sind diese bekannten Speicherheizaggregate allenfalls aus verhältnismäßig kleinen einheiten geringer Leistung für die Beheizung von Wohräumen geeignet. Zeine Leistungssteigerung por Speicherheizaggregat hat sich als unzweckmäßig erwiesen, da diese nur durch erhöhte Zufuhr von elektrischer Energie oder aber eine Vergrößerung der Zufuhrzeit derselben erzielbar ist, andererseits aber hier durch die höchstzulässige temperatur für die Heizelemente eine Grenze gesetzt ist. ir große Anlagen sind solche bekannten Speicherheizaggregate deswegen ungeeignet, weil hierfür ein großes Speicherblock-Volumen erforderlich wäre. Dabei müßte wegen der Gefahr örtlicher überhitzung infolge örtlich ungleichmäßiger Wärmeleitfähigkeit und dadurch hervorgerufenen wärmestaues der Abschaltwert für die Zufuhr elektrischer Energie aus Sicherheitsgründen verhältnismäßig niedrig gewählt werden.
• Dies würde aber bei großen Einheiten zu einer noch ungünstigeren volumenmäßigen Ausnutzung des Wärmespeichermaterials führen. Aus diesem Grunde wird bisher dann, wenn größere wärmeleistungen zu installieren sind, eine Vielzahl kleiner Speicherheizaggregate bekannter Ausbildung eingesetzt. Dies bedeutet aber auch von dieser Seite Verhältnismäßig hohe Kosten, bidingt neben dem notwendigen Konstruktionsaufwand durch die einzusetzenden größeren Volumina an Wärmespeichermaterial, Isoliermaterial und Material für die Aueßnverkleidung, ganz abgesehen davon, daß durch die Vielzahl erforderlicher kleiner Speicherheizaggregate bekannter Art verhältnismäßig viel Aufstellungsraum beansprucht und häufig auch die innenarchitektonische Unterbringung der Aggregate im zu beheilenden Raum erheblich gestört wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der geschilderten Konstruktionen von Speicherheizaggregaten auszuschalten und ein Speicherheizaggregat der eingangs boachriebenen Art zu schaffen, das unter bestmöglicher Ausnutzung auch des kleinsten Raumes zur Unterbringung möglichst großer wärmespeicherkapazität unter gleichzeitiger Einsparung beträchtlicher Anlage- und Betriebskosten neben beliebiger konstruktiver Konzipierung des gesamten Gerätes unter gleichzeitiger Ausschaltung der Gafahr des Platzens von Blocksteinen infolge mechanischer oder thermischer Belastung nicht nur Einsparungen von Einbaukosten und Einbauzeit ermöglicht, sondern auch den erheblichen Kouten- und Arbeitsaufwand, der durch die Herstellung der Blocksteine und deren Transport zum Erstellungsort des Speicherheizaggregates bedingt ist, ebenso ausschaltet, wie die Gefahren der Beschädigung solcher Blocksteine, wobei gleichzeitig der wärmewirtschaftswirkungsgrad gesteigert ist und sich Vereinfachungen auch hinsichtlich Wartung und Reparatur eines solchen Speicherheizaggregates ergeben as hat sich überraschend herausgestellt, daß alle diese Forderungen dadurch mit geringstem und wirtschaftlichem Aufwand durch ein Speicherheizaggregat für gasförmiges Wärmeentnahmemedium mit Festkörpermaterial als Wärmespeichermedium erfüllt werden, welches sich erfindungsgemäß durch eine in einem von mindestens einem dhrungskanal für das gasförmige Wärmeentnahmemedium durchzogenen Aufnahmebehälter aus wärmebeständigem Material, vorzugsweise Lstall, enthaltene Schüttung rieselfähigen bzw. schüttbaren Festkörpermaterials mit einer spezifischen Wärme von mindestens 0,12 kcal/kp°C und einem Schüttgewicht von mindestens 2,5 kp/dm³ bei einem Produkt von spezifischer Wärme und Schüttgewicht von mindestens 0,7 kcal/°Cdm³ kennzeichnet.
• Es liegt auf der Hand, daß durch die Erfindung die gesamten bisherigen Kosten für die Erstellung der Blockateino und deren Transport wegfallen, aus denen der Speicherblock bisher gebildet werden mußte, und daß das erfindungsgemäß zum Einsatz kommende Wärmespeichermaterial in den für dieses stets vorgesehenen Aufnahmebehälter einfach und schnell so einfüllbar ist, daß das gesamte zur Verfügung stehende 3ehältervolumen für die Wärmespeicherung genutst werden kann. Die Wärmeleitung im Wärmespeichermaterial ist bis ia dessen ontfernteste Ecken dadurch erheblich verbessert und dadurch Aufheiz- und Wärmeentnahmezeit erheblich verkürzt, daß die bei herkömmlicher Ausgestaltung unvermeidbaren Luftzwischenräume an den Berührungaflächon der über- und gqeneinander geschichteten Blocksteine vermieden werden, welche Jeweils Wärmeschranken darstellten, die den Wärmetransport behinderten.
• Gemäß weiterer zweckmäßiger Fortbildung der Erfindung kann mit Vorteil das Wärmespeichermedium aus einer Schüttung von Eisengranulat gebildet sein. Erhebliche Kostensenkungen lassen sich überraschenderweise dadurch erzielen, daß das Wärmespeichermedium aus einer schwermetallhaltige Mineralien zumindest teilweise enthaltenden Schüttung gebildet ist, wobei mit Vorzug die Schüttung gemahlenes Abraumgestein von der Erzgewinnung enthalten kann. Dabei haben sich besondere Eisenglanz-Mineralien als Wärmespeichermedium bewährt.
• Die Erfahrung hat gezeigt, daß als Wäiespeichermedium ein Mineralgranulat besonders vorteilhaft ist, welches folgende Bestandteilszusammensetzung aufweist: Eisen mehr als 45 Gewichtsprozente, Mangan weniger als 0,08 Gewichtsprozente, Phosphor weniger als 0,3 Gewichtsprozente, Calciumoxyd weniger als 4,5 Gewichtsprozente, Siliziumdioxyd mehr als 3,o Gewichtsprozente und Aluminiumoxyd mehr als 0,4 Gewichtsprozente. Besondere Rationalisierung und Senkung der Gostehungskosten läßt sich weiterhin dadurch erzielen, daß das Wärmespeichermedium durch ein Mineralgranulat gebildet ist, welches im Handel in folgender fertiger Bestandteilszusammensetzung erhältlich ist: Eisen zu 65,90 Gewichtsprozenten, Mangan zu 0,03 Gewichtsprozenten, Phosphor zu 0,018 Gewichtsprozenten, Calciumoxyd zu 0,10 Gewichtsprozenten, Magnesiumoxyd in Spuren, Siliziumdioxyd zu 4,70 Gewichtsprozenten, Aluminiumoxyd zu 0,49 Gewichtsprozenten, Chrom zu 0,01 Gewichtsprozenten, Kupfer zu 0,01 Gewichtsprozenten, Titandioxyd zu 0,034 Gewichtsprozenten und Kohlenstoff zu 0,06 Gewichtsprozenten.
• Weiterhin hat es sich als besonders zu bevorzugen herausgestellt, wenn ein Granulat verwandt wird, welches größte Korngrößenabmessungen von etwa 1,5 mm, und zwar vorzugsweise in Bereich zwischen etwa 0,3 mm bis etwa 1,25 mm liegende Korngrößenabmessungen, aufweist. Weiterhin hat es sich bewährt, wenn das Granulat mindestens 5 Gewichtsprozente an Anteilen staubförmigen Materials mit Korngrößenabmessungen unter 0,2 mm aufweist. Dabei ist ein Anteil des staubförmigen Materials von max. 20 Gewichtsprozenten des Granulates zu bevorzugen. Eine weitere Erhöhung der Wärmespeicherkapazität läßt sich in einfacher und wirtschaftlicher weise dadurch erzielen, daß die Festkörperschüttung während ihres Einbringens in den Aufnahmebehälter gerüttelt und/oder gestampft ist.
• Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Fortbildung der Erfindung kann eine Windkammer vorgesehen sein, in welche der Führungskanal bzw. die Führungskanäle für das Wärmeentnahmemedium mündet bzw. münden und die sich an die Oberfläche des Wärmespeichermediums anschließt. Dabei kann die Oberfläche des Wärmespeichermediums gegen Eintreten von Wärmespeichermediums-Bestandteilen in die Windkammer gesichert sein. Hierdurch eribt sich eine besonders saubere Konstruktion, bei welcher eintreten von stets vorhandenem Abrieb des Wärmespeichermaterials in die zu beheizende Atmosphäre vermieden wird, wobei mit Vorteil diese Konstruktion gleichermaßen auch für als Wärmeenergiegeber für über einen nachgeschalteten Wärmetauscher angeschlossene Warmwasserheizungen Verwendung finden kann, wobei in diesem Fall durch diese vorteilhafte Lonstruktion die primärseitige Ablagerung von Partikelchen des Wärmespeichermaterials an der Wärmetauscheroberfläche vermieden wird. einerseits kann zu diesem Zweck das Wärmespeichermedium init einem Deckblech abgedeckt sein, es hat sich jedoch eine weitere Lösung überraschend als wesentlich zweckmäßiger, weil einfacher und kostengüngstiger erstellbar und dabei geichtssparend, erwiesen, gemäß welcher die Oberfläche des Wärmespeichermediums durch eine wärmebeständi6e Verklebung insich verfestigt ist. Dabei kann mit Vorteil zur Verklebung ein mineralischer, vorzugsweise Wasserglas enthaltender Leim verwandt sein, der mit Vorzug einer Aufschwemmung staubförmigen Wärmespeichermediums aufweisen kann. Es hat sich besonders bewährt, wenn dieser mineralische Beim in einer Schichtdicke von etwa 1 mm auf die Oberfläche des Wärmespeichermaterials aufgebracht ist.
• Zur noch weiteren steigerung der Wärmespeicherkapazität eines erfindungsgemäßen Speicherheizaggregates bei vorgeebenen Außenabmessungen desselben trägt ein weiterer, die erfindung in nicht naheliegender Weise vervollkominnender Erfindungsgedanke bei, der sich dadurch kennzeichnet, daß die Wandung der Windkammer eine dem Windkamm.rinneren sugewandte Wärme schranke mit im Vergleich zu ihrem Wandungsmaterial geringerer Wärmeleitfähigkeit und/oder höherer Wärmeabstrahlung aufweist. Ferner kann gemäß diesem Erfindungsgedanken der Aufnahmebehälter für das Wärmespeichermedium auf seiner Außenseite eine Wärme schranke geringerer Wärmeleitfähigkeit und/oder höherer Wärmeabstrahlung aufweisen als das Material des Aufnahmebehälters. Wenn eine Steigerung der Wärmespeicherkapazität nicht erforderlich ist, läßt sich mit Hilfe dieser erfinderischen Fortbildung statt dessen eine Verringerung der Außenabmessungen des erfindungsgemäßen Speicherheizaggregates bei gleichbleibender Wärmespeicherkepazität erzielen. In Jedem Falle werden durch die erfindungsgemäß eingesetzte Wärmeschranke die Wärmeverluste an die Umbebungsatmosphäre wesentlich verringert. Gemäß erfinderischer Fortbildung kann debei die Wärmeachranke Aluminiumoxyd und/ oder Zirkonoxyd aufweisen. Ferner hat es sich überraschend als möglich erwiesen, daß das die Wärme schranke bildende Material durch Bestreichen oder Aufspritzen in einer Schichtdicke von max. etwa 1,0 mm auf die Außenseite don Aufnahmebehälters für das Wärmespeichermedium und/oder die windkammerseitige Oberfläche der Windkammerwandung aufgebracht wird.
• Hiedurch wird es nämlich möglich, bei vorgegebenen Abmeseungen die Speicherkapazität noch weiter zu erhöhen, als der Einsparung an vermiedenen Wärmeverlusten entspricht, da für eine vorgegebene Außentemperatur der Wandung des Aufnahmebehälters für das Wärmespeichermedium durch Einsatz der erfindungsgemäßen Wärmeschranke eine Einsparung an Schichtdicke des Isoliermaterials erreicht wird, welche einer Vergrößerung des Volumens des Wärmespeichermediums zugutekommt .
• Zur Erleichterung der Wartung in allerdings seltenen Fällen, in denen dies einmal erforderlich werden sollte, kann gemäß weiterer zweckmäßiger Fortbildung der Erfindung zur Entnahme des als Schüttung von Festkörpermaterial ausgebildeten Wärmespeichermediums der Aufnahmebehälter für dieses in seiner fieitenwandun; etwa in seinem Bodenbereich eine verschließbare Entnahmeöffnung für des rieselfähige bzw. schüttbare wärmespeichermedium aufweisen. Hierdurch läßt sich durch einfaches Offnen dieser Entnahmeöffnung das Wärmespeichermedium schnell, einfach.und wirtschaftlich aus seinem Aufnahmebehälter entnehmen.
• Weiterhin hat es sich als besonders zweckmäßig zu bevorzugen erwiesen, wenn der Führungskanal bzw. die Führungskanäle für das Wärmeentnahmemedium und/oder die Aufnahmekanäle für die Hiezelemente, welche in jedem Falle vorgesehen sind, jeweils als in den Aufnahmebehälter eingesetzte Rohre aus wärmebeständigem Material hoher Leitfähigkeit ausgebildet sind, deren Innenraum jeweils von der Außenseite des Aufnahmebehälters zugänglich ist. Dabei kann in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung mindestens ein Aufnahmekanal für ein Heizelement und/oder mindestens ein Führungskanal für das gasförmige Wärmeentnahmemedium als zwei gegenüberliegende Wandungen des Aufnahmebehälters für das Wärmespeichermedium verbindender Druck- bzw. Zuganker ausgebildet sein. Hierdurch ergibt sich eine wesentliche onstruktionsvereinfachung mit einhergehender Senkung der Gestehungskosten. Weiterhin können bei einer solchen Ausgestaltung mit einem Aufnahmebehälter aus Metall die Aufnahmerohre aus wärmefestem metall gebildet und mit der Wandung des Aufnahmebehälters verschweißt oder verlötet sein. In Jedem 'alle ergeben sich neben den von struktionsvereinfachungen bei gleicher Festigkeit und Verwindungssteifigkeit des Aufnahmebehälters sowie widerstandefähigkeit gegenüber dem von seiner Innenseite einwirkenden Schüttungsdruck des Wärmespeichermediums erhebliche Einsparungen an Wandungsdicke für den Aufnahmebehälter und damit an Gewicht und Kosten, wobei gleichzeitig die Handhabung des gesamten Speicherheizaggregates nach der Erfindung eröheblich vereinfacht wird.
• In Folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels, welches in der Zeichnung schematisch dargestellt ist, rein beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein für die unmittelbare Raumbeheizung mittels Warm- oder Heißluft ausgelegtes Speicherheizaggregat, und Fig. 2 einen Horizontalschnitt längs linie II-II gemäß Fig. 1.
• Bei dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein als Raumheizung mit unmittelbarer Raumluftaufheizung einsetzbares Aggregat. In einen Aufnahmebehälter 5 aus Stahlblech sind in den Boden Löcher eingebracht, in welchen vertikal stehende Rohre geeigneten Querschnittes als Führungskanäle für ein gasförmiges Wärmeentnahmemedium eingesteckt und mit dem Bodenblech des Behälters 5 verschweißt sind. Wie Fig. 2 erkennen liißt, rind die ohre im Horizontal schnitt durch den Aufnahmebehälter 5 möglichst so verteilt angeordnet, daß eine gleichmäßige Wärmeverteilung über dem Horizontalquerschnitt des Aufnahmebehältere 5 zu erwarten ist. Dabei sind enaich die aus Metall vorzugsweise Eisen, gebildeten Rohre 4, welche als Führungskanäle für des gasförmige Wärmeentnahmemedium dienen, in ihrer vertikalen Ausrichtung im allgemeinen bereits durch die Verschweißung mit dem Bodenteil des Aufnahmebehälters 5 ausreichend fixiert.
• wie insbe&ondere aus Fig. 2 zu entnehmen iBt, -sind quer zu den Führungskanälen 4 für das Wärmeentnahmemedium, welches durch die Pfeile A, B und C symbolisiert wird, die Aufnahmekanäle 1 bzw. 2 für Heizelemente 3 angeordnet. Wie aus dem oberen Bereich des Vertikal schnittes gemäß Fig. 1 entnehmbar, sind die gleichfalls als Metallrohre ausgebildeten Aufnahmekanäle 1 bzw. 2 für die Heizelemente 3 ohne Berührung und damit ohne Wärmeleitkontakt mit den Führungskanälen 4 für das Wärmeentnahmemedium angeordnet. Diese Anordnung kann über dem gesamten Vertikalschnitt des Wärmespeichervolumens, welches in seiner Ausbildung in Folgenden noch naher beschrieben werden wird, vorgesehen sein, und zwar dies insbesondere dann, wenn bei einem speicherheizaggregat nach der Erfindung kein wert auf besonders geringes Trägheitsverhalten hinsichtlich der Wärmeabgabe gelegt wird. In jedem Falle sind, wie beispielsweise Fig. 2 erkennen läßt, die die Aufnahmekanäle für Heizelemente 3 bildenden iiohre 1 bzw. 2 in entsprechende Ausnehmungen der Seitenwandungen des Aufnahmebehälters 5 gesteckt und an diesen festgelegt. Zu diesom Zwecke können die horizontal liegenden Aufnahmekanäle für die Heizelemente 3 mit der Wandung des Aufnahmebehälters 5 verschweißt sein. dadurch wirken sie gleichzeitig auch als Zug- bzw. bruckanker, welche es ermöglichen, daß die Konstruktion des Aufnahmebehälters 5 aus verhältnismäßig dünnem Metallblech erstellt und damit erhebliche Gestehungskosten eingespart werden können.
• Qur Verdeutlichung, daß die zur ausnahme der Heizelemente 3 bestimmten rohre unterschiedlichen Querschnitt aufweisen können, sind in Fig. 1 zwei verschiedene Sorten von Rohren dargestellt, und zwar im Bereich der linken Vertikalschnittsnälfte einfache Kreisrohre 1 zur Aufnahme jeweils eines Heizelementes 3 in ihrem Innenraum 8, und auf der rechten Yertikalschnittshälfte sog. Flachrohre 2 zur Aufnahme von jeweils mehreren, beispielsweise drei Heizelementen 7.
• Zur Steigerung des Wärmeüberganges der durch die Heizelemente 3, welche, wie Fig. 2 in schematischer Darstellun; erkennen läßt, über entsprechende sasich bekannte Leitungsverbindungen an die Sammelschienen 18 ud 19 eines elektrischen Netzes angeschlossen sind, wobei die elektrische Anschlußschaltung im einzelnen für die lDrfindun6 ohne Bedeutung und daher nicht näher dargestellt ist, zugeführten Wärmeenergie, welche durch Wärmestrahlung und/oder Wärmelei-tung auf die Aufnahmerohre 1 bzw. 2 und von diesen mittels Wärmeleitung an das Wärmespeichermedium 6 übertragen wird, und damit zur Verbesserung des Trägheitsverhaltens des gesamten Speicherheizaggregates sind, wie im unteren Vertikalschnittsbereich gemäß Fig. 1 dargestellt, ein Teil der Aufnahmerohre 1 bzw. 2 für Heizelemente 3 in Wärmeleitungskontakt mit den Führungsrohren 4 für das Wärmeentnahmemedium. Zu diesem Zwecke können die entsprechenden Rohre 1 bzw. 2 mit den Rohren 4, mit denen sie sich unter lalaSe aneinander kreuzen, unmittelbar verschweißt sein, @ es hat sich Jedoch gezeigt, daß eine wesentliche Steigerung des Wärmeüberganges von den Aufnahmerohren 1 bzw. 2 der Heizelemente 3 zu den Wärmeentnahmedium führenden Rohren 4 durch Zwischenschaltung von Zwischenplatten 13 erzielt werden kann, mit denen einerseits die Rohre 1 bzw. 2 und andererseits die Rohre 4 verschweißt, oder, wann anderes Material als Eisen zur Verwendung gelangt, verlötet sind.
• Diese Konstruktion mit Verschweißung bzw. Velötung der Rohre 1 bzw. 2 mit den Rohren 4, welche im übrigen in Gegensatz zur Derstellung gemäß Fig. 1 über der gesamten Vertikalschnittshöhe vorgesehen sein kann, bringt aber auch noch den mechanisch-konstruktiven Vorteil der Aussteifung des gesamten Aufnahmebehalters 5 nicht nur hindsichtlich einen er gegenüberliegender Seitenwandungen, sondern sogar hinsichtlich quer liegender Wandungen, mit sich. Die auf diese Weise geschaffene Konstruktion von Aufnahmebehälterwandung 5 und an dieser vorzugsweise mittels Verschweißung bzw. Verlötung festgelegten sicn kreuzend miteinander verbundenen Rohren gebildet. ein so tragfähiges, starres und verwindungssteifes Skelett, daß die Wandstärken der Behälterwandung und zum Einsatz kommenden ohre besonders dünn aus geführt werden- können und dadurch erhebliche Kosteneinsparungen erzielbar sind, ganz abgesehen davon, daß auch das häufig bei insbesondere größeren Aggregaten störende hohe Gewicht erheblich reduziert werden kann.
• In den verbleibenden Innenraum im Aufnahmebehälter 5 ist das als Festkörperschüttung ausgeführte Wärmespeichermaterial 6 einwebracht. Dabei kann es sich bei di zu dieser Festkörperschüttung um eine vorzugsweise während des Einbringens gerüttelte und/ oder gestampfte aus schwermetallhaltigen Mineralien, und dabei vorzugsweise aus einer Schüttung, die gemahlenes Abraumgestein von der Erzgewinnung, und zwar mit Vorzug Eisenglanz-Mineralien enthält, gebildete Kornansammlung aus kleinen gegeneinander nicht festgelegten partikeln guter Wärmespeicherkapazität handeln, wobei weiterhin ein Zusatz von Eisengranulat, wie es aus Gießereien als abfall zur Verfügung steht, zugesetzt sein kann. Es kann auch die Festkörperschüttung 6 zur Erzielung eines besonders hohen Wärmespeicherkoeffizienten aus nur kleinen Gußeisenperlen bestehen, wobei Jedoch, zu bevorzugen ware, daß diese Perlen dann durch mineralisches Staubmaterial oder aber beispielsweise metallischen Elektrofilterstaub umkleidet und die Zwischenräume zwischen ihnen mit diesem Material ausgefüllt sind. Die Korngröße des Wärmespeichermaterial 6 liest bei max. 1,5 mm, wobei mindestens fünf Gewichtsprozent.
• an Mitteilen staubförmigen Materials mit Kornabmessungen unter o,2 mm zur besseren Bindung und Ausfüllung von Zwischenräumen im Interesse einer Erhöhung des ärmespeicherkoeffizienten vorgesehen sind. Hierbei ist hervorzuheben, daß es sich hier um einen überraschenden Effekt handelt, da durch Zusatz von Staubmaterial keineswegs das größte Schüttgewicht erreichbar ist. Die Erfahrung hat Jedoch gezeigt, daß dennoch die Wärmespeicherfähigkeit der gesamten, das Wärmespeichermedium bildenden Festkörperschüttung durch Zusatz solchen staubförmigen Materials entgegen der Auffassung der Fachwelt gesteigert worden kann, wobei Jedoch der Anteil desselben um Gesamtgewicht der Schüttung etwa 20 % nicht übersteigen soll, da bereits wesentliche Anteile an Schüttgutmaterial, deren größte Kornabmessungen etwa 0,2 mm überschreiten, erfahrungsgemäß zu einer Varringerung des Packgewichtes und damit einer wesentlichen Beeinträchtigung der Wärmespeicherfähigkeit führen.
• Das bevorzugt zur Verwendung gelangte Material für das Wärmespeicher,edium hat folgende Bestandteilszusammensetzung: Eisen zu 65,90 Gewichtsprozenten, Mangan zu 0,03 Gewichtsprozenten, Phosphor zu 0,018 Gewichtsprozenten, Calciumoxyd zu 0,10 Gewichtsprozenten, Magnesiumoxyd in Spuren, Siliziumdioxyd zu 4,70 Gewichtsprozenten, Aluminiumoxyd zu 0,49 Gewichtsprozenten, Chrom zu 0,01 Gewichtsprozenten, Kupfer zu 0,01 Gewichtsprozenten, Titandioxyd zu 0,034 Gewichtsprozenten und Kohlenstoff zu 0,04 Gewichtsprozenten. Solches Material ist im Handel als bereits fertig auf gewünschte Korngrößenzusammensetzungen gebrochenes Schüttungmaterial unter der Bezeichnung Eisenglanz erhältlich. Es können jedoch auch andere Schüttgutarten zur Verwendung kommen, sofern bei diesen gewährleistet ist, daß sie einerseits eine spezifische Wärme von mindestens 0,12 kcal/kp°C und bei geeignetem Schüttgewicht ein Produkt von spezifischer Wärme und Schüttgewicht von mindestens 0,7 kcal/°Cdm³ oder aber bei einem Schüttgewicht von mindestens 2,5 kp/dm³ und einer geeigneten spezifischen Wärme ein Produkt von spezifischer Wärme und Schüttgewicht von mindestens dem gleichen Wert aufweisen. Dies wird erfahrungsgemäß durch schwermetallhaltige Mineralien ermöglicht, wobei besonders preiswürdig eisenhaltige Mineralien von der Eisenerzgewinnung mit oder ohne Zusatz von reinem Eisengranulat, beispielsweise von Gußeisenperlen, in geeigneter Korngrößenzusammensetzung zu bevorrzugen sind.
• Die nach oben weisende. Oberfläche der Wärmespeichermaterial-Schüttung 6 ist sur Bildung einer gegen Austretung feinster staubförmiger Teilchen des Wärmespeichermaterials 6 gesicherten Oberfläche durch eine wärmebeständige Verklebung in sich selbst verfestigt. Zur Verklebung ist dafür ein mineralischer, vorzugsweise Wasserglas enthaltender Leim verwandt, der beispielsweise auf der Basis feinstgemahlenen Mineralstaubes des Wärmespeichermaterials 6 erstellt ist. Zwischen der durch die wärmebeständige Verklebung 10 in sich verfestigten Oberfläche des Wärmwespeichermaterials 6, welche im übrigen auch durch ein entsprechend ausgebildetes Deckblech hätte ersetzt werden können, und der Innenwandung des Abdeckteils des Autnahmebehälters 5 ist eine Windkammer 9 gebildet, welche mit der Außenatmosphäre über eine oder mehrere Austrittsöffnunge'n 21 für das Wärmeentnahmemedium in Verbindung steht. In der Windkammer 9 kommt es neben einer Durchmischung der einzelnen aus den Führungsrohren 4 ausströmenden aufgeheizten Teilströme des gasförmigen Wärmentnahmemediums und damit einem Temperaturausgleich für ggf. aufgetretene ö-rtliche Temperaturungleichheiten unter diesen einzelnen Teilströmen zu einer Strömungsberuhigung, so daß Verwirbelungen oder dgl. beim Austritt aus der Windkammer 9 in die direkt zu beheizende Außenatmosphäre weitestgehend vermieden werden.
• Weiterhin ist im Bereich der Bodenwandung des Aufnahmebehälters 5 eine Entnahmeöffnung 11 für das rieselfähige Wärmespeichermaterial 6 vorgesehen, welche in geeigneter Weise durch einen Verschlußdeckel 12 abgedichtet ist. Im alle des Austausches des Wärmespeichermaterials 6 bzw. der Rohre 1, 2 oder 4 bei ggf. notwendig werdenden Reparaturen kann auf diese Weise sehr schnell und bequem das Wärmespeichermedium 6 entnonen werden. Die nachträgliche Einbringung des Wärmespeichermediums ist in gleicher Weise einfach und bequem zu bewerkstelligen, wobei sich durch die spezielle erfindungsgemäße Wahl dieses rieselfähigen bzw. schuttbaren Festkörpermaterials außerdem der Vorteil einer besonders guten Ausfüllung auch der geringsten Hohlräume im Inneren desAufnahmebehälters 5, welche sich aus konstruktiven Gründen nie gänzlich vermeiden lassen, ergibt, ohne daß dabei Rücksicht auf Schichtungsanordnungen von ziegelartigen Blockspeichersteinen und eine weitestgehende Vermeidung von unnötigen Stoßstellen derselben su nehmen wäre.
• Die dem Windkammerinneren zugewandte Oberfläche der Wandung der Windkammer 9 weist ebenso wie die gleichfalls nicht näher bezeichnete Außenoberfläche des Aufnahmebehälters 5 für das Wärmespeichermedium 6 eine kalt aufgetragene Wärmeschranke aus auf die die Aufnahmebehälterwandung aufgebrachte Isoliermaterialschicht aufgebtachtem Überzug aus durch einen mineralischen Leim, beispielsweise Wasserglas, gebundenen Aluminiumoxyd und/oder Zirkonoxyd bzw. Zirkondioxyd auf. Dieses Material hat neben einer besonders geringen Wärmeleitfahig keit eine überraschend geringe Wärmestrahlungsabsorption, so daß es durch Anwendung in bereits verhältnismäßig geringer Schichtdicke eine beträchtliche Reduzierung der Wandstärke des herkömmlich verwandten Materials für die Wärme isolierung des Aufnahmebehälters 5 für das Wärmespeichermedium 6 für gleiche Temperatur der Außenoberfläche und gleiche Temperatur der Innenoberfläche und damit gleichen Temperaturabfall oder aber bei diesen Bedingungen gleicher Wand stärke des hekömmlichen Isoliermaterials eine geringere Temperatur an der Außenoberfläche der Aufnahmebehälterisolierung und damit eine erhebliche Steigerung der Sicherheit und des Wärmewirtschaftswirkungsgrades ermöglicht.
• Der Kreislauf des Wärmeentnahmemediums wird folgendermaßen gebildet; über den Ansaugstutzen 16 wird aus der Umgebungsluft ein Teil einem Ventilator 14 zugeführt, welcher diese Luft beüber schleugnit und den Einströmkanal 17 in eine unterhalb der Bodenwandung des Aufnahmebehälters 5 für das Wärmespeichermedium 6 gebildete Einströmkammer 15 drückt. Diese Einströmkammer ist durch ein Standblech 22 gebildet, welches über nicht näher bezeichnete, Jedoch dargestellte Winkeleisen am Boden des Aufnahmebehälters 5 festgelegt ist. Es kann hier jede beliebige auch bekannte Konstruktion einer Einströmkammer Verwendung finden. Die Einströmung der Umgebungsluft in den im übrigen vorzugsweise am Aufnahmebehalter 5 für das Wärmespeichermaterial 6 lösbar festgelegten Ventilator 14 ist durch den Pfeil 1 und das Einströmen der in diesem beschleunigten Luft in die Einströmkammer r 15 <iroh den pfeil 3 angedeutet. Aus der Einströmkammer 15 strömt die Luft durch die Innenräume 7 der Luftführungskanäle 4 in die Windkammer 9, wobei sie beim Durchströmen der Führungskanäle 4 Wärme aus dem umgebenden Wärmespeichermaterial 6 entzieht. In der Windkammer 9 kommt es zu der beschriebenen Beruhigung der Luftströmung mit gleichzeitigen Temperaturaustausch und einem Ausströmen der Warm- bzw. Heißluft durch den Austrittskanal 21, was durch den Pfeil C angedeutet ist.
• Mit 20 ist in Fig. 2 eine in beliebiger, auch bekannter, Weise ausgebildete Regel- und Schalteinrichtung für die Zuführung der elektrischen Energie von den Hauptschienen 18, 19 zu den Heizelementen 3 bezeichnet, welche ihre Meßwerte und Steuerimpulse von in geeigneter Wesie angeordneten Meßwertgeben erhält, welche als die Erfindung nicht betreffend nicht dargestellt sind.
• Es ist erkennbar, daß statt der Verwendung als Direktheizung für Raumbeheizung mit Luft die Erfindung auh für andere Zwecke Verwendung finden kann. So kann beispielsweise insbesondere bei industriellen Heizungen, bei denen bestimmte programmsteuerte Beheizungprozesse vorzusehen sind, ein geschlossener Kreislauf zwischen den Pfeilen c und A mittels geeigneter Verrohrung oder dgl. vorgesehen sein, in dem als Wärmeverbraucher beispielsweise ein Wärmetauscher für sekundärseitiges gasförmiges oder flüssiges Medium eingeschaltet sein kann. dabei kann statt der im beschriebenen Asuführungsbei spiel verwandten Ziuft auch ein anderes gasförmiges Wärmeentnahmemedium vorgesehen sein. Weiterhin kann ein mit Luft als Wärmeentnahmemedium arbeitendes Speicherheizaggregat nach der Erfindung, welches einen über einen den Heißluftaustritt 21 mit dem Einströmstutzen des Ventilator 14 verbindenen nicht gezeigten Strömungskanal, in welchen ein Wärmetauscher für primärseitige Beaufschlagung mit Heißluft und sekundärseitige Führung von Wasser eingeschaltet ist, gebildeten Zwangsumlauf der Luft aufweist, als Heizenergiegeber für eine Wsrmwssserheizung üblicher Art eingesetzt werden, bei welcher ein solches Aggregat nach der Erfindung statt eines flammenbefeuerten Kessels oder aber statt eines Speicherheizaggregates mit großräumigem Wasserspeicher Verwendung finden kann.
• Obgleich die Erfindung lediglich anhand eines bevorsusten Anwendungsfalles rein beispielsweise beschrieben werden ist, ist sie nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt.
• Dem Fachmann stehen vielmehr vielfältige Möglichkeiten offen, die Erfindung durch andere Kombination ihrer Merkmale und/ oder deren Austausch gegen andere gleichwirkende Mittel den Jeweiligen konstruktiven Gegebenheiten oder Forderungen des einzelnen Einsatzfalles anzupassen, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (26)

A n s p r ü c h e

1.) Speicherheizaggregat für gasförmiges Wärmeentnahmemedium mit Festkörpermaterial als Wärmespeichermedium, gekennzeichnet durch eine in einem von mindestens einem Führungskanal (4) für das gasförmige Wärmentnahmemedium durchsogenen Aufnahmebehälter (5) aus wärmebeständigem Material, vorzugsweise Metall, enthaltene Schüttung (6) rieselfähigen bzw. schüttbaren Festkörpermaterials mit einer spezifischen Wärme von mindestens 0,12 kcal/kp°C und. einem Schüttgewicht von mindestens 2,5 kp/dm³ bei einem Produkt von spezifischer Wärme und Sohüttgewicht von mindestens 0,7 kcal/Cdm³.

2.) Speicherheizaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmespeichermedium (6) aus einer Schüttung von Eisengranulat gebildet ist.

3.) Speicherheizaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmespeichermedium (6) aus einer schwermetallhaltige Mineralien zumindest teilweise enthaltenden Scbilttung gebildet ist.

4.) Speicherheizaggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttung gemahlenes Abraumgestein von der Erzgewinnung enthält.

5.) Speicherheizaggregat nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmespeichermedium (6) Eisenglanz-Mineralien aufweist.

6.) Speicherheizaggregat nac Anspruc 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmespeichermedium durch ein Mineralgranulat folgender Bestandteilszusammensetzung gebildet ist; Eisen mehr als 45 Gewichtsprozente, Mangan weniger als 0,08 Gewichtsprozente, Phosphor weniger als 0,3 Gewiohtsprozente, Calciumoxyd weniger als 4,5 Gewichtsprozente, Siliziumdioxyd mehr als 3,0 Gewichtsprozente und Aluminiumoxyd mehr als 0,4 Gewichtsprozente.

7.) Speicherheizaggregat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmespeichermedium durch ein Mineralgranulat folgender Bestandteilszusammensetzung gebildet ists Eisen zu 65,90 Gewichtsprozent, Mangan zu 0,03 Gewichtsprozenten, Phosphor zu 0,018 Gewichtsprozenten, Calciumoxyd zu 0,10 Gewichtsprozent, Magnesiumoxyd in Spuren, Siliziumdioxyd zu 4,70 Gewichtsprozenten, Aluminiumoxyd zu 0,49 Gewichtsprozenten, Chrom zu 0,01 Gewichtsprozenten, Kupfer zu 0,01 Gewichtsprozenten, Titanoxyd zu 0,034 Gewichtsprozenten und KOlenstoff zu 0,06 Gewichtsprozenten.

8.) Speicherheizaggregat nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeicnet, daß das Granulat größte Krongrößenabmessungen von etwa 1,5 mm aufweist.

9.) Speicherheizaggregat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat Korngrößenabmessungen im Bereich zwischen etwa 0,3 bis etwa 1,25 mm aufweist.

10.) Speicherheizaggregat nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat mindestens fünf Gewichtsprozente an Anteilen staubförmigen Materials mit Korngrößmessungen unter 0,2 mm aufweist.

11.) Speicherheizaggregat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat maximal 20 Gewichtsprozente an Anteilen staubförmigen Materials aufweist.

12.) Speicherheizaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörperschüttung (6) während ihres Einbringens in den Aufnahmebahälter (5) gerüttelt und/oder gestampft ist.

13.) Speicherheizaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Windkammer (9) vorgesehen ist, in welche der Führungskanal (4) bzw. die Führungskanale (4) für das Wärmeentnahmemedium mündet bzw. münden und die sich an die Oberfläche (10) des Wärmespeichermediums (6) anschließt.

14.) Speicherheizaggregat nach Anspruch 13, dadurc gekennzeichnet, daß die Oberfläche (10) des Wärmespeichermediums (6) gegen Eintreten von Wärmespeichermediums-Bestandteilen in die Windkammer (9) gesichert ist.

15.) Speicherheizaggregat nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmespeichermedium (6) mit einem Deckblech abgedeckt sit.

16.) Speicherheizaggregat nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (Io) des Wärmespeichermediums (6) durch eine wärmebeständige Verklebung insic verfestigt ist.

17.) Speicherheizaggregat nach Anspruch16, dadurch gekennzeicnet, daß zur Verklebung ein mineralischer Leim verwandt ist.

18.) Speicherheizaggregat nach anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der mineralische Leim Wasserglas enthält.

19.) Speicherheizaggregat nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der mineralisce Leim eine Aufschwemmung staubförmigen Wärmespeichermediums (6) aufweist.

20.) SPEIcherheizaggregat nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der mineralische Leim in einer Schichtdicke von etwa 1 mm auf die Oberfläche (10) des Wärmespeichermaterials (6) aufgebracht ist.

21.) Speicherheizaggregat nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Windkammer (9) eine dem Windkammerinneren zugewandte Wärmeschranke mit im Vergleich zu ihrem Wandungsmaterial geringerer Wärmeleitfähigkeit und/oder höherer Wärmeabstrahlung aufweist.

22.) Speicherheizaggregat nach einem der vorhergeenden Ansprüche, dadurch gekennzeicnet, daß der Aufnahmebehälter (5) für das Wärmespeichermedium (6) auf seiner Außenseite eine Wärmeschranke geringerer Wärmeleitfähigkeit und/oder höherer Wärmeabstrahlung aufweist.

23.) Speichereizaggregat nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeschranke Aluminiumoxyd und/oder Zirkonoxyd aufweist.

4.) Speicherheizaggregat nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das die Wärmeschranke bildende haterial durch Bestreichen oder Aufspritzen in einer Schichtdicke von max. etwa 1,0 mm auf die Außenseite des Aufnahmebehälters (5) für das Wärmespeichermedium (6) und/oder die windkammerseitige Oberfläche der Windkammerwandung aufgebracht ist.

25.) Speicherheizaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmebehälter (5) für das Wärmespeichermadium (6) in seiner Seitenwandung etwa in seinem Bodenbereich eine verschließbare entnahmeöffnung (11) für das rieselfähige bzw. schüttbare Wärmespeichermedium (6) aufweist.

26.) Speicherheizaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Aufnahmekanal (1 bzw. 2) für ein Heizelement (3) und/ oder mindestens ein Führungskanal (4) für das gasförmig Wärmeentnahmenmedium als zwei gegenüberliegende Wandungen des Aufnahmebehälters (5) für das Wärmespeichermedium (6) verbindender Druck- bzw. Zuganker ausgebildet ist.

L e e r s e i t e