DE2238611C3 - Speicherheizaggregat für gasförmiges Wärmeentnahmemedium - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Speicherheizaggregat für gasförmiges Wärmeentnahmemedium mit einem von mindestens einem Führungskanal für dieses in Form «5 eines Rohres durchzogenen Aufnahmebehälter aus wärmebeständigem Material, vorzugsweise Metall, der ein Wärmespeichermedium in Form einer Schüttung rieselfähigen bzw. schüttbaren Festkörpermate-

rials enthält.

Aus der DT-PS 405 319 ist ein zur Raumbeheizung eschener elektrischer Ofen dieser Art bekannt, der wahlweise ohne Speichermaterial als normales Heizgerät und mit Speichermaterial als Wärmespeicherofen betreibbar ist. Aus diesem Grund soll bei der bekannten Anordnung die Schüttung leicht entfernbar sein. Dies ist nur möglich, wenn auf jegliche Verdichtung verzichtet wird, so daß der Anteil der τ ufteinschlüsse relativ hoch liegt und infolgedessen der zur Verfügung stehende Raum schlecht genutzt ist Von diesem Nachteil der Konzeption jedoch abgesehen, führt auch das in der genannten Druckschrift in Vorschlag gebrachte Speichermaterial zu einer relativ schlechten Wärmespeicherkapazität.

Die Materialkonstanten, insbesondere die spezifische Wärme, der hier bevorzugten Materialien Serpenttnstein, Speckstein, Sand bzw. Quarz bewegen sich ausnahmslos in einem Bereich, bei dem der Raumbedarf in keinem angemessenen Verhältnis mehr zur speicherbaren Wärme steht. Anordnungen der eingangs erwähnten Art, die nach der aus der genannten Druckschrift entnehmbaren Lehre ausgestaltet wären, wären daher vöilig ungeeignet, mit anderen Heizsystemen in Konkurrenz zu treten.

Femer ist durch die DT-OS 1778552 ein elektrischer Speicherofen mit einem aus einer Kiesschüttung bestehenden Speichermaterial bekanntgeworden, bei dem das Wärmeentnahmemedium nicht in Kanälen geführt ist, sondern direkt durch die Schüttung hindurchgeleitet wird. Aus diesem Grund werden hier lediglich Korngrößen von nicht unter 15 mm zugelassen. Dies bedeutet zum einen einen besonderen Aufwand zur Ausscheidung der kleineren Korngrößen und zum anderen einen relativ hohen Anteil an Verlustraum, so daß sich auch hier schon aus diesem Grunde eine schlechte Raumausnutzung und lange Aufheizzeiten nicht vermeiden lassen. Darüber hinaus ist jedoch auch das hier in Vorschlag gebrachte Speichermaterial Kies nicht geeignet, den Wärmewirtschaftswirkungsgrad zu steigern, da die Materialkonstanten dieses Materials nicht aus dem Bereich herausragen, der vorstehend schon als ungenügend nachgewiesen wurde.

Aus dem DT-GM 7130058 ist zwar ein weiteres Speichermaterial bekannt, nämlich Basaltschotter bzw. -mehl. Abe- auch hier sind Raumgewichte und spezifische Wärmen r.u verzeichnen, die den von Speckstein, Quarz usw. vorgegebenen Bereich nicht verlassen. Die diesbezüglich vorstehend genannten Nachteile treffen demnach auch hier zu. Hiervon jedoch abgesehen, bringt das DT-GM 7130058 im Gegensatz zu den vorstehend genannten Vorveröffentlichungen einen aus festen Steinen gebauten Speicherkern in Vorschlag. Eine derartige Konzeption weist jedoch erhebliche Nachteile auf, von denon im folgenden die wesentlichsten dargelegt werden:

Ein wesentlicher Nachteil ist der Gestehungspreis eines derartigen Speicherkerns. Dieser wird einerseits erheblich bestimmt durch die Herstellungkosten für die Blocksteine, aus denen der Speicherblock jeweils zusammengeschichtet wird. Bei der Herstellung dieser Blocksteine ist ebenso wie bei der Montage der fertig angelieferten Blocksteine der Lohnanteil für manuelle Arbeit besonders hoch. Darüber hinaus werden für den thermischen Behandlungsprozeß des Ausgangsmaterials für die Blocksteine sowie für die im Zusam menhane hiermit aufzubringenden Drücke erhebliche Energiemengen gefordeit. Diese wirken sich nicht nur über ihren Bezugspreis kostensteigernd aus, sondern bedingen auch über die Notwendigkeit der Kapitalbindung zur Bereitstellung der entsprechenden Produktionsmittel einen nicht unerheblichen Preisanteii. Hinzu kommen die Kosten 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 währen deren Transportes begründet ist, da erfahrungsgemäß beim Transport solcher Steine stets eine gewisse Anzahl zumindest beschädigt, wenn nicht gar zerstört wird. '5 Abgesehen von diesen kostenmäßigen Nachteilen, die aus unterschiedlichen Ursachen herrühren können, sind gebaute Speicherkerne auch noch in ihrer konstruktiven Konzipierung beschränkt, da stets auf die Ausbildung des jeweils zur Verwendung kommenden einzelnen Blocksteins 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 ^a5 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 erstrekkender mehr oder weniger dünner 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 gesamten Speichermaterial erhebliche Ungleichmäßigkeiten aufweist. Dadurch sind derartige gebaute Speicherkerne allenfalls für verhältnismäßig kleine Einheiten geringer Leistung zur Beheizung von Wohnräumen geeignet. Eine Leistungssteigerung pro Speicherheizaggregat hat sich hier 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. Für große Anlagen sind deswegen Speicherheizaggregate mit gebauten Kernen ungeeignet, weil hierfür ein zu 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, bedingt neben dem notwendigen Konstruktionsaufwand durch die einzusetzenden größeren Volumina an Wärmespeichermaterial, Isoliermaterial und Material für die Außenverkleidung, 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 beheizenden

Raum erheblich gestört wird.

In der Deutschen Töpferzeitung, Juni 1958, Seite 5, befindet sich schon ein Hinweis, dahingehend, daß bei Speicherheizaggregaten ein hohes Raumgewicht und eine hohe spezifische Wärme erwünscht ist. Die Lösung wird im folgenden jedoch auch hier in gebauten Kernen gesehen. Ein besonders bevorzugtes Material ist an dieser Stelle nicht genannt. Die vorstehend genannten jüngeren Vorveröffentlichungen (DT-OS 1778552, DT-GM 7130058) zeigen jedoch, welche Materialien als Reaktion hierauf bevorzugt eingesetzt werden sollten.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unter Vermeidung der Nachteile bekannter Konstruktionen mit einfachen und kostengünstigen Mitteln ein Speicherheizaggregat der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das nicht nur eine besonders gedrängte Bauweise zuläßt und dennoch eine gegenüber dem Stand der Technik höhere Wärmespeicherkapazität aufweist und daher einen gesteigerten Wärmewirtschaftswirkungsgrad ergibt, so daß eine bessere und insbesondere vielseitigere Verwendbarkeit gegeben ist, sondern welches auch die Möglichkeit eröffnet, zwecks zusätzlicher Erhöhung der Betriebstemperaturdifferenz im Interesse noch weitergehender Steigerung der auf den Bauraum bezogenen spezifischen Wärmespeicherkapazität und verbesserter Temperaturführung über dem Ort und der Zeit der Wärmespeicherung und der Wärmeabgabe den Abschaltwert für die Zufuhr elektrischer Energie höher zu wählen.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung in überraschend einfacher Weise dadurch, daß das Festkörpermaterial aus einem schwermetallhaltige Mineralien zumindest teilweise enthaltenden Granulat besteht, wobei das Produkt aus spezifischer Wärme und Schüttgewicht des Festkörpermaterials mindestens 0,7 kcal/K cm' und entweder die spezifische Wärme des Festkörpermaterials mindestens 0,12 kcal/K kg oder aber das Schüttgewicht des Festkörpermaterials mindestens 2,5 kg/cm³ beträgt. Hiermit läßt sich eine optimale Verwirklichung des Gesetzes »Speicherwärme = Gewicht x spezifische Wärme X Temperaturdifferenz« mit kostengünstigen Materialien, die teilweise als Industrieabfallprodukte in großen Mengen und gleichbleibenden Qualitäten angeboten werden, erreichen. Die hiermit erzielbare kompakte Bauweise, die auf geringem Raum dennoch eine große Speicherkapazität ergibt, führt aufgabengemäß in vorteilhafter Weise zu einer entscheidenden Erweiterung der Palette der Einsatzmöglichkeiten einer Anordnung gemäß der Erfindung und stärkt daher die Konkurrenzfähigkeit dieses Heizsystems gegenüber anderen Heizsystemen, die nicht in dem Maße umweltfreundlich sind, ganz entscheidend. Hiermit ist ein wesentlicher Schritt in der Richtung getan, die Verschmutzung der Umwelt durch Heizanlagen insbesondere in Wohngebieten zu vermeiden. Ein weiterer Vorteil ist darm zu sehen, daß entgegen den teilweisen Vorschlägen im Stand der Technik keine Blocksteine Verwendung finden, so daß die an den Grenzflächen der Steine auftretenden Schwierigkeiten vermieden sind. Vielmehr findet gemäß der Erfindung ein Schüttgut Verwendung, welches sich bereits unter der Wirkung des Eigengewichts relativ stark verdichtet.

Vorzugsweise kann die Schüttung gemahlenes Abraumgestein von der Erzgewinnung enthalten. Dabei haben sich besonders Eisenglanz-Mineralien als Wärmespeichermedium bewährt.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß als Wärmespeichermedium ein Mineralgranulat besonders vorteilhaft ist, welches die im Anspruch 4 angegebene Bestandteilzusammensetzung aufweist. Mit den Merkmalen des Anspruchs 5 läßt sich weiterhin eine besondere Rationalisierung und Senkung der Gestehungskosten erzielen, da ein Mineralgranulat der hier angegebenen Bestandteilzusammensetzung bereits in fertiger Form im Handel erhältlich ist.

Weiterhin hat es sich als besonders zu bevorzugen herausgestellt, wenn ein Granulat verwandt wird, welches größte Korngrößenabmessungen von etwa 1,5

•5 mm, und zwar vorzugsweise im Bereich zwischen etwa 0,3 mm bis etwa 1,25 mm liegende Korngrößenabmessungen, aufweist. Es hat sich hierbei auch bewährt, wenn das Granulat mindestens 5 Gewichtsprozente an Anteilen staubförmigen Materials mit Korngrößen-

*° abmessungen unter 0,2 mm aufweist. Dabei ist ein Anteil des staubförmigen Materials von maximal 20 Gewichtsprozenten des Granulats besonders zweckmäßig. Die vorstehend genannten Maßnahmen führen in vorteilhafter Weise zu einer besonders guten

^a5 Raumausnutzung und zur weitestgehenden Vermeidung von Verlustraum.

Bei Speicherheizaggregaten mit einer Windkammer, in welche der Führungskanal bzw. die Führungskanäle für das Wärmeentnahmemedium mi.ndet bzw. münden und die sich an die Oberfläche des Wärmespeichermediums anschließt, hat es sich als besonders zweckmäßig herausgestellt, wenn die Oberfläche des Wärmespeichermediums durch eine wärmebeständige Verklebung in sich verfestigt ist. Bei Anordnungen

dieser Art besteht nämlich ohne diese zweckmäßige Maßnahme die Gefahr, daß zufolge der erfindungsgemäß hohen Wärmespeicherkapazitat des Speicherheizaggregates hohe Durchsatzgeschwindigkeiten und damit hohe Strömungsgeschwindigkeiten dej Wärmeentnahmemediums auftreten können, welche dazu führen können, daß an der Oberfläche des Warmespeichermediums Partikel besonders geringer Korngrößenabmessungen mit dem Gasstrom mitgerisser und in die Umgebungsatmosphäre eingebracht wer-

♦5 den, andererseits aber auch Partikel größerer Korngrößenabmessungen durch diese Strömungsverhältnisse verlagert werden können. Außerdem ist die erfindungsgemäße Verklebung einfach und kostengünstig erstellbar und zudem gewichtssparend. Mii Vorteil kann hierbei zur Verklebung ein mineral) scher, vorzugsweise Wasserglas enthaltender Lein verwandt sein, der mit Vorzug eine Aufschwemmunj staubförmigen Wärmespeichermediums aufweisei kann. Besonders bewährt hat es sich, wenn dieser mi neralische Leim in einer Schichtdicke von etwa 1 mn auf die Oberfläche des Wärmespeichennaterials auf gebracht ist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Gegen Standes der Erfindung kann zur noch weiteren Steige

rung der Wärmespeicherkapazität eines eründungs gemäß ausgebildeten Speicherheizaggregates be vorgegebenen Außenabmessungen desselben de Aufnahmebehälter für das Wärmespeichermediun auf seiner Außenseite und bei Vorhandensein eine Windkammer deren Wandung auf ihrer dem Wind kammerinneren zugewandten Seite eine Wärme schranke mit im Vergleich zum jeweiligen Wandungs material geringerer Wärmeleitfähigkeit und/ode

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höherer Wärmeabstrahlung aufweisen. Wenn eine Steigerung der Wärmespevcherkapazität nicht erforderlich sein sollte, läßt sich mit Hilfe dieser Fortbildung statt dessen eine Verringerung der Außenabmessungen des erfinduingsgemäß ausgebildeten Speicherheizaggregates bei gleichbleibender Wärmespeicherkapazität erzielen, da die zulässige Betriebstemperatur voll ausgenutzt werden kann. In jedem Falle werden durch die erfindungsgemäß eingesetzte Wärmeschranke die Wärmeverluste an die Umgebungsatmosphäre wesentlich verringert. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung kann dabei die Wärmeschranke Aluminiumoxyd und/oder Zirkonoxyd aufweisen. Ferner hat es sich überraschend als möglich erwiesen, daß das die Wärmeschranke bildende Material durch Bestreichen oder Aufspritzen in einer Schichtdicke von maximal etwa 1,0 mm aufgebracht wird. Hierdurch wird es nämlich möglich, bei vorgegebenen Abmessungen die Speicherkapazität noch weiter zu erhöhen, als der Einsparung an vermiedenen Wärmeverlusten entspricht, da für eine vorgesehene Außentemperatur der Wandung des Aufnahmebehälters für das Wärmespeichermedium durch Einsatz der Wärmeschranke gemäß der Erfindung eine Einsparung an Schichtdicke des Isoliermaterials erreicht wird, welche einer Vergrößerung des Volumens des Wärmespeichermediums zugute kommt.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung eines Speicherheizaggregates gemäß der Erfindung besteht dann, daß mindestens ein Aufnahmekanal für ein Heizelement und/oder mindestens ein Führungskanal für das gasfc/mige Wärmeentnahmemedium als zwei gegenüberliegende Wandungen des Aufnahmebehälters für das Wärmespeichermedium verbindender Druck- bzw. Zuganker ausgebildet sein kann. Hierdurch ist es möglich, trotz des beim Gegenstand der Erfindung notgedrungen erhöhten Seitendrucks die Wandstärke für die diesen abstützenden Wandungen bedeutend zu verringern und dadurch die Kosten für ein derartiges Speicheraggregat erheblich zu senken, wobei aber Druck- bzw. Zuganker besonderer Ausfuhrung und Anordnung vermieden werden können, wodurch erwünschte zusätzliche Zonen ausgeschaltet werden, durch weiche es zu quellenförmigen Ungleichmäßigkeiten der Wärmeleitungsverteilung im Wärmespeichermedium dadurch kommt, daß Wärmemengen quasi punktförmig an die Außenwandungen abgeleitet werden, ganz abgesehen davon, daß auch noch der weitere Vorteil damit einhergeht, daß das Einbringen des schüttgutförmigen Wärmespeichermaterials in seinen Aufnahmebehälter nicht durch zusätzliche Anker behindert wird.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausfuhrungsbeispiels, welches in der Zeichnung schematisch dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein für die unmittelbareRaumbfeheizung mittels Warm- oder Heißluft ausgelegtes Speicherheizaggregat, und

Fig. 2 einen Horizontalschnitt längs Linie ΙΙ-Π gemäß Fig. 1.

Bei dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein als Raumheizung mit unmittelbarer Raumluftäufheizung einsetzbares Aggregat. In einen Aufnahmebehälter 5 aus Stahlblech sind in den Boden Löcher eingebracht, in welchen vertikal stehende Rohre geeigneten Querschnitts als Führungskanäle für ein gasförmiges Wärmeentnahmemedium eingesteckt und mit dem Bodenblech des Behälters 5 verschweißt sind. Wie Fig. 2 erkennen läßt, sind die Rohre im Horizontalschnitt durch den Aufnahmebehälter 5 möglichst so verteilt angeordnet, daß eine gleichmäßige Wärmeverteilung über dem Horizontalquerschnitt des Aufnahmebehälters 5 zu erwarten ist. Dabei sind an sich die aus Metall, vorzugsweise Eisen, gebildeten Rohre 4, welche als Fiihrungskanäle (ür das gasförmige Wärmeentnahmemedium dienen, in ihrer vertikalen Ausrichtung im allgemeinen bereits durch die Verschweißung mit dem Bodenteil des Aufnahmebehälters S ausreichend fixiert.

Wie insbesondere aus Fig. 2 zu entnehmen ist, sind quer zu den Führungskanälen 4 für das Wärmeent-

!5 nahmemedium, 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 Vertikalschnitts gemäß Fig. 1 entnehmbar, sind die gleichfalls als Metallrohre ausgebildeten Aufnahmekanäle 1 b:zw. 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 im folgenden noch näher 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 Rohre 1 bzw. 2 in entsprechende Ausnehmungen der Seitenwandungen des Aufnahmebehälters 5 gesteckt und an diesen festgelegt. Zu diesem 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. Druckanker, welche es ermöglichen, daß die Konstruktion des Aufnahmebehälters S aus verhältnismäßig dünnem Metallblech erstellt und damit erhebliche Gestehungskosten eingespart werden können.

Zur Verdeutlichung, daß die zur Aufnahme 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 Vertikalschnitthälfte einfache Kreisrohre 1 zur Aufnahme jeweils eines Heizele-

5" ments 3 in ihrem Innenraum 8, und auf der rechter Vertikalschnitthälfte sogenannte Flachrohre 2 zur Aufnahme von jeweils mehreren, beispielsweise drei Heizelementen 3.

Zur Steigerung des Wärmeüberganges der durcr

die Heizelemente 3, welche, wie Fig. 2 in schematischer Darstellung erkennen läßt, über entsprechende an sich bekannte Leitungsverbindungen an die Sam melschienen 18 und 19 eines elektrischen Netzes angeschlossen sind, wobei die elektrische Anschluß schaltung im einzelnen für die Erfindung ohne Bedeutung und daher nicht näher dargestellt ist, züge führte Wärmeenergie, welche durch Wärmestrahlunj und/oder Wärmeleitung auf die Aufnahmerohre ] bzw. 2 und von diesen mittels Wärmeleitung an da:

Wärmespeichennedhim 4» übertragen wird, und dami zur Verbesserung des Trägheitsverhaltens des gesam ten Speicherheizaggregates sind, wie im unteren VeT' tikalschnittbereich gemäß Fig. 1 dargestellt, ein Tei

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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 Anlage aneinander kreuzen, unmittelbar verschweißt sein, es hat sich jedoch gezeigt, daß eine wesentliche Steigerung des Wärmeübergangs von den Aufnahmerohren 1 bzw. 2 der Heizelemente 3 zu den Wärmeentnahmemedium 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, wenn anderes Materials als Eisen zur Verwendung gelangt, verlötet sind.

Diese Konstruktion mit Verschweißung bzw. Verlötung der Rohre 1 bzw. 2 mit den Rohren 4, welche im übrigen im Gegensatz zur Darstellung gemäß Fig. 1 über der gesamten Vertikalschnitthöhe vorgesehen sein kann, bringt aber auch noch den mechanisch-konstruktiven Vorteil der Aussteifung des gesamten Aufnahmebehälters 5 nicht nur hinsichtlich einander gegenüberliegender Seitenwandungen, sondern sogar hinsichtlich quer liegender Wandungen, mit sich. Die auf diese Weise geschaffene Konstruktion von Aufnahmebehälterwandung S und an dieser vorzugsweise miteinander verbundenen Rohren bildet ein so tragfähiges, starres und verwindungssteifes Skelett, daß die Wandstärken der Behälterwandung und der zum Einsatz kommenden Rohre besonders dünn ausgeführt 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 eingebracht. Dabei kann es sich bei 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 wäre, 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 Wärmespeichermaterials 6 liegt bei max. 1,5 mm, wobei mindestens fünf Gewichtsprozente an Anteilen staubförmigen Materials mit Kornabmessungen unter 0,2 mm zur besseren Bindung und Ausfüllung von Zwischenräumen im Interesse einer Erhöhung des Wärmespeicherkoeffizienten 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 Wännespeicnerfähigkeit der gesamten, das Wärmespeichermedium bildenden Festkörperschüttung durch Zusatz solchen

staubförmigen Materials entgegen der Auffassung dei Fachwelt gesteigert werden kann, wobei jedoch dei Anteil desselben am Gesamtgewicht der Schüttun) etwa 20% nicht übersteigen soll, da bereits wesentli

ehe Anteile an Schüttgutmaterial, deren größte Koni abmessungen etwa 0,2 mm überschreiten, erfahrungs gemäß zu einer Verringerung des Packgewichts unc damit einer wesentlichen Beeinträchtigung der War· mespeicherfähigkeit führen.

Das bevorzugt zur Verwendung gelangte Materia fur das Wärmespeichermedium hat folgende Bestandteilzusammensetzung: Eisen zu 65,90 Gewichtsprozenten, Mangan zu 0,03 Gewichtsprozenten, Phosphor zu 0,018 Gewichtsprozenten, Calciumoxyd zi

¹S 0,10 Gewichtsprozenten, Magnesiumoxyd in Spuren Siliziumdioxyd zu 4,70 Gewichtsprozenten, Alumini· umoxyd zu 0,49 Gewichtsprozenten, Chrom zu 0,01 Gewichtsprozenten, Kupfer zu 0,01 Gewichtsprozenten, Titandioxyd zu 0,034 Gewichtsprozenten und

^a° Kohlenstoff zu 0,04 Gewichtsprozenten. Solches Material ist im Handel als bereits fertig auf gewünschte Korngrößenzusammensetzungen gebrochenes Schüttgutmaterial unter der Bezeichnung Eisenglanz erhältlich. Es können jedoch auch andere

Schuttgutarten zur Verwendung kommen, sofern bei diesen gewährleistet ist, daß sie einerseits eine spezifische Wärme von mindestens 0,12 kcal/K · kg und bei geeignetem Schüttgewicht ein Produkt von spezifischer Wärme und Schüttgewicht von mindestens 0,7

kcal/K dm oder aber bei einem Schüttgewicht von mindestens 2,5 kg/dm³ und einer geeigneten spezifischen Wärme ein Produkt von spezifischer Wärme und Schüttgewicht von mindestens dem gleichen Wert aufweisen. Dies wird erfahrungsgemäß durch schwer-

metallhaltige Mineralien ermöglicht, wobei besonders preiswurdig eisenhaltige Mineralien von der Eisenerzgewinnung mit oder ohne Zusatz von reinem tisengranulat, beispielsweise von Gußeisenperlen, in geeigneter Korngrößenzusammensetzung zu bevorzügen sind.

Die nach oben weisende Oberfläche 10 der Wärmespeichermaterial-Schüttung ist zur Bildung einer gegen Austretung feinster staubförmiger Teilchen des warrnespeichermaterials 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 ν t x!^St- ^Zwischen der durch die wärmebeständige verklebung in sich verfestigten Oberfläche 10 des Warrnespeichennaterials 6, welche im übrigen auch aurcn ein entsprechend ausgebildetes Deckblech hätte

« 1¹^ ιΓ^^{αεη können}> und der Innenwandung des

Abdeckteds des Aufnahmebehälters 5 ist eine Windjammer 9 gebüdet, welche mit der Außenatmosphäre über eine oder mehrere Austrittsöffnungen 21 für das warmeentnahmemedium in Verbindung steht. In der Windkaramer9 kommt es neben einer Durchmi-

°° scnung der einzelnen aus den Führungsrohren 4 ausströmenden aufgeheizten Teilströme des gasförmigen Wanneentnahmemediums und damit einem Temperaturausgleich für gegebenenfalls aufgetretene örtficne remperaturungleichheiten unter diesen einzelnen * eusö-omen zu einer Strömungsberuhigung, so daß Verwn-belungeri od. dgl. beim Austritt aus der Wind-Kammer 9 in die direkt zu beheizende Außenatmosphare weitestgehend vermieden werden.

5

Weiterhin ist im Bereich der Bodenwandung des Aufnahmebehälters S eine Entnahmeöffnung 11 für das rieselfähige Wärmespeichermaterial 6 vorgesehen, welche in geeigneter Weise durch einen Verschlußdeckel 12 abgedichtet ist. Im Falle des Austausches des Wärmespeichermaterials 6 bzw. der Rohre 1,2 oder 4 bei gegebenenfalls notwendig werdenden Reparaturen kann auf diese Weise sehr schnell und bequem das Wärmespeichermedium 6 entnommen 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. schüttbaren Festkörpermaterials außerdem der Vorteil einer besonders guten Ausfüllung auch der geringsten Hohlräume im Inneren des Aufnahmebehälters 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 zu nehmen wäre.

Die dem Windkammerinneren zugewandte Oberfläche der Wandung der Windkammer 9 weist ebenso wie die gleichfalls nicht näher bezeichnete Außenoberfläche des Aufnahmebehälters 5 eine kalt aufgetragene Wärmeschranke aus einem auf die Aufnahmebehälterwandumg aufgebrachten Überzug aus durch einen mineralischen Leim, beispielsweise Wasserglas, gebundenem Aluminiumoxyd und/oder Zirkonoxyd bzw. Zirkondioxyd auf. Dieses Material hat neben einer besonders geringen Wärmeleitfähigkeit eine überraschend geringe Wärmestrahlungsabsorption, so daß es durch Anwendung in bereits verhältnismäßig geringer Schichtdicke eine beträchtliche Redu zierung der Wandstärke des herkömmlich verwendeten Materials für die Wärmeisolierung 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 Wandstärke des herkömmlichen 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.

Ober den Ansaugstutzen 16 wird aus der Umgebungsluft ein Teil einem Ventilator 14 zugeführt, welcher diese Luft beschleunigt und über 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 Aufnahmebehälter 5 für das Wärmespeichermaterial 6 lösbar festgelegten Ventilator 14 ist durch den Pfeil A und das Einströmen der in diesem beschleunigten Luft in die Einströmkammer 15 durch den Pfeil B 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

¹S Wärmespeichermaterial 6 entzieht. In der Windkammer 9 kommt es zu der beschriebenen Beruhigung der Luftströmung mit gleichzeitigem Temperaturaustausch und einem Ausströmen der Warm- bzw. Heißluft durch die Austrittsöffnung 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 Sammelschienen 18, 19 zu den Heizelementen 3 bezeichnet, welche ihre Meßwerte und Steuerimpulse von in geeigneter Weise angeordneten Meßwertgebern erhält, welche nicht dargestellt sind.

Es ist erkennbar, daß das Speicherheizaggregat statt der Verwendung als Direktheizung für Raumheizung mit Luft auch für andere Zwecke Verwendung linden kann. So kann beispielsweise insbesondere bei industriellen Heizungen, bei denen bestimmte programmgesteuerte Beheizungsprozesse vorzusehen sind, ein geschlossener Kreislauf zwischen den Pfeilen C und -35/4 mittels geeigneter Verrohrung od.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 Ausführungsbeispiel verwendeten Luft auch ein anderes gasförmiges Wärmeentnahmemedium vorgesehen sein. Weiterhin kann das mit Luft als Wärmeentnahmemedium arbeitende Speicherheizaggregat, welches einen über einen den Heizluftaustritt 21 mit dem Einströmstutzen des Ventilators 14 verbindenden 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 Warmwasserheizung üblicher Art eingesetzt werden, bei welcher ein solches Aggregat statt eines flammenbefeuerten Kessels oder aber statt eines Speicherheizaggregates mit großräumigem Wasserspeicher Verwendung finder

SS kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (18)

Patentansprüche:

1. Speicherheizaggregat für gasförmiges Wärueentnahmemedium mit einem von mindestens einem Führungskanal für dieses in Form eines Rohres durchzogenen Aufnahmebehälters aus wärmebeständigem Material, vorzugsweise Metall, der ein Wärmespeichermedium in Form einer Schüttung rieselfähigen bzw. schüttelbaren Festkörpermaterials enthält, dadurch gekennieichnet, daß das Festkörpermaterial aus einem schwermetallhaltige Mineralien zumindest teilweise enthaltenden Granulat besteht, wobei das Produkt aus spezifischer Wärme "jnd Schüttgewicht des Festkörpermaterials mindestens 0,7 kcal/K-ώη³ ist und entweder die spezifische Wärme des Festkörpermaterials mindestens 0,12 kcal/K- kg oder aber das Schüttgewicht des Festkörpermaterials mindestens 2,5 kg/cm³ beträgt.

2. Speicherheizaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttung gemahlenes Abraumgestein von der Erzgewinnung enthält.

3. Speicherheizaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmespeichermedium (6) Eisenglanz-Mineralien aufweist.

4. Speicherheizaggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmespeichermedium durch ein Mineralgranulat folgender Bestandteilzusammensetzung gebildet ist:

Eisen mehr als 45 Gewichtsprozente,
Mangan weniger als 0,08 Gewichtsprozente, Phosphor weniger als 0,3 Gewichtsprozente, Kalziumoxyd weniger als 4,5 Gewichtsprozente,

Siliziumdioxyd mehr als 3,0 Gewichtsprozente, und

Aluminiumoxyd mehr als 0,4 Gewichtsprozente.

5. Speicherheizaggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmespeichermedium durch ein Mineralgranulat folgender Bestandteilzusammensetzung gebildet ist:

Eisen zu 65,90 Gewichtsprozenten,
Mangan zu 0,03 Gewichtsprozenten,
Phosphor zu 0,018 Gewichtsprozenten,
Kalziumoxyd 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.

6. Speicherheizaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat größte Korngrößenabmessungen von etwa 1,5 mm aufweist.

7. Speicherheizaggregat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat Korn-■rößenabmessungen im Bereich zwischen etwa 0,3 bis etwa 1,25 mm aufweist.

8. Speicherheizaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat mindestens 5 Gewichtsproaente an Anteilen staubförmigen Materials mit Korngrößenabmessungen unter 0,2 mm aufweist.

9. Speicherheizaggregat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat maximal 20 Gewichtsprozente an Anteilen staubförmigen Materials aufweist.

10. Speicherheizaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Windkammer, in welche der Führungskanal bzw. die Führungskanäle für das Wärmeentnahmemedium mundet bzw. münden und die sich an die Oberfläche des

ίο Wännespeichermediums anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Wärmespeichermediums (6) durch eine wärmebeständige Verklebung in sich verfestigt ist.

11. Speicherheizaggregat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verklebung ein

mineralischer Leim verwandt ist.

12. SpeicherJieizaggregat nach Anspruch H₁ dadurch gekennzeichnet, daß der mineralische Leim Wasserglas enthält.

13. Speicherheizaggregat nach Anspruch 11

oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der mineralische Leim eine Aufschwemmung staubförmigeu Wärmespeichermediums (6) aufweist.

14. Speicherheizaggregat nach einem der Anas sprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß

der mineralische Leim in einer Schichtdicke von etva 1 mm auf die Oberfläche (10) des Wärmespeichermaterials (6) aufgebracht ist.

15. Speicherheizaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmebehälter (5) für das Wärmespeichermedium (6) auf seiner Außenseite und bei Vorhandensein einer Windkammer deren Wandung auf ihrer dem Windkammerinneren zugewandten Seite eine Wärmeschranke mit im Vergleich zum jeweiligen Wandungsmaterial geringerer Wärmeleitfähigkeit und/oder höherer Wärmeabstrahlung aufweist.

16. Speicherheizaggregat nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeschranke

Aluminiumoxyd und/oder Zirkonoxyd aufweist.

17. Speicherheizaggregat nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das die Wärmeschranke bildende Material durch Bestreichen oder Aufspritzen in einer Schichtdicke von maximal etwa 1,0 mm aufgebracht ist.

18. 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 gasförmige Wärmeentnahmemedium als zwei gegenüberliegende Wandungen des Aufnahmebehälters (5) für das Wärmespeichermedium (6) verbindende Druck- bzw. Zuganker ausgebildet ist.