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Speicherheizaggregat für gasförmiges Wärmeentnahmemedium.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Speicherheizaggregat für gasförmiges
Wärmeentnahmemedium mit Aufnahmekanälen für mindestens ein Heizelement und Fürungskanälen
für das Wärmeentnahmemedium, die Jeweils durch dea Wärmespeichermedium voneinander
getrennt sind, und betrifft insbesondere ein solces Speichereizaggregat für Raumbeheizung
mittels Warm- oder Heißluft.
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Speicherheizaggregate dieser Ausbildung sind in geringer Leistung
bereits für die Direktbeheizung von Räumen mittels Warmluft bzw. Heißluft bekannt.
Bei diesen bekannten Geräten wird das Wärmespeichermedium durch aufeinander geschichtete
ziegelartig geformte Preßsteine aus Magnesit, Dolomit oder
dgl.
Gestein, welches unter hoher Wärmeeinwirkung au d* Blockstein gesintert ist, gebildet.
Dabei weisen diese Steine auf einer ihrer Oberflächen eine rinnenförmige Ausnehmung
und ihr Material parallel zu dieser durchlaufende, vollständig vom Blocksteinmaterial
umschlossene röhrenförmige Kanäle auf. Die in dieser Weise ausgebildeten Blocksteine
werden jeweils so zu einem Speicherblock zusammengesetzt, daß sich zwei Rinnenteile
gegenüber liegen und einen Aufnamekanal für die Heizelemente bilden, während die
röhrenförmigen Kanäle für die Führung der als Wärmeentnamemedium dienenden Luft
durch den Speicherblock dienen.
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Dabei werden die Blocksteine so übereinandergeschichtet, daß die Aufnahmekanäle
für die Heizelemente und die Luftführungskanäle parallel zueinander jeweils vertikal
verlaufen Es hat sich herausgeatellt, daß bei diesen bekannten Speicherheizaggregaten
die Temperaturverteilung über der horisontalen Querschnittsfläche sowol während
des Aufheizvorganges als auch während der Wärmeentnahme (Entladung) Ungleichmäßigkeiten
aufweist. Dadurch sind diese Speicherheizaggregate allenfalls als verhältnismäßig
kleine Einheiten geringer Leistung für die Beheizung von Wohnräumen geeignet. Eine
Leistungssteigerung pro Speicherheizaggregat hat sich als unzweckmäßig erwiesen,
weil diene nur durch erhöhte Zufuhr von elektrischer Energie oder aber eine Vergrößerung
der Zufuhrzeit derselben erzielbar ist, andererseits aber hier durch die öchstzulässige
Temperatur für die Heizelemente eine Grenze gesetzt ist. An Stellen geringen Speicherblockquerschnittes
einerseits ebensowie an den höher gelagenen Stellen des aus den Blocksteinen gebildeten
Speicherblockes andererseits kommt es erfahrungsgemäß am schnellsten zur Erreichung
der höchstzulässigen Temperatur, so daß an dieser Stelle die vorgesehene Temperaturüberwachung
die weitere Zufuhr elektriscer Energie abschaltet. Dabei wird der Abschaltaugenblick
durch
die höcstzulässige Temperatur-Beanspruchung der Heizelemente bestimmt. Wenn es aber
infolge eines aus igrendwelchen Gründen auftretenden Wärmestaus zu örtlicen Temperaturspitzen
kommt und aus diesem Grunde entweder über eine Sicherheitsschaltung die Zufuhr elektrischer
Energie abgeschaltet oder aber ein zur Sichereit unterhalb der höchstzulässigen
Beanspruchungstemperatur für das einzelne Heizelement gewählter Abschaltzeitpunkt
für das gesamte Speichereizaggregat vorgesehen wird, so hat dies zur daß die Speicherkapazität
des ;3peicherblockes eines solchen Speichereizaggregates nicht voll ausgenutzt wird.
Das bedeutet aber, daß für eine vorgegeebne zu installierende Heizleistun6: ein
solches Speicherheizaggregat einen verhältnismäßig großen Raumbedarf aufweist.
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Für große Anlagen ist ein solches bekanntes Speicerheizaggregat deswegwn
ungeeignet, weil hierfür ein großes Speicherblock-Volumen erforderlich wäre. Dessen
verhältnismäßig große Höhe würde aber gerade die bereits geschilderten Nachteile
hinsichtlich der Überhitzungsgefahr infolge durch ungleichmäßige Temperaturverteilung
hervorgerufenen Wärmestaues noch steigern, so daß man hier den Abschaltwert für
die Zufuhr elektrischer Energie aus Sicherheitsgründen noch niedriger wählen müßte.
Dies würde aber gerade bei großen Einheiten zu einer noch ungüngstigeren volumenmäßigen
Ausnutzung des Wärmespaichermaterials führen. Aus diesem Grunde wird bisher dann,
wenn größere Wärmeleistungen su installieren sind, eine Vielzahl kleiner Speicherheizaggregate
bekannter Ausbildung eingesetzt. Dies bedeutet aber verhältnismäßig hohe Kosten,
bedingt neben dem notwendigen Konstruktionsaufwand durch die einzusetienden größeren
Volumina an Wärmespeichermaterial, Isoliermaterial und Material für die Außenverkleidung,
ans 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.
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Außerdem hat es sich geseift, daß in manchen Fällen trotz der Notwendigkeit,
einen vorgegebenen Raum mit einer bestimmten wärmemenge versorgern zu müssen, füe
die Aufstellung der erforderlichen Anzahl von Speicherheizaggregaten bekannter Ausführung
die räumlichen Möglichkeiten fehlen.
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Insbesondere im Zusammensetzung hiermit stellt sich ein weiteres Problem.
Bekanntlich ist ein Speicherheizaggregat der eingangs beschriebenen Art nicht nur
wirtschaftlich, sondern auch von der Seite hoher Wärmespeicherkapazität und geringer
q!rfigheit her dann am günstigsten ausgelegt, wenn es mit möglichst hohen Temperaturen
im Wärmespeichermedium gefahren werden kann. Häufig tritt von der Wärmeabnahmeseite
die Forderung auf, für einen vorgegebenen Kaum über einen vorbestimmten Zeitraum
eine gewünschte Wärmeleistung zur Verfügung stellen zu müssen, welche geringer ist
als beispielsweise die von zwei Speicherheizaggregaten maximal aufnehmbare bzw.
dem zu beheizenden Raum anzubietende Wärmeleistung, andererseits aber die Leistungsfähigkeit
eines einzelnen solchen Speicherheizaggregates übersteigt. In solchen Fällen müssen
bisher zwei Speicherheizaggregate eingesetzt werden, welche dann allerdings auf
der Seite des Wärmespeichermediums teupersturmäßig nicht voll ausgenutzt sind. Dadurch
ist der Wärmewirtschaftswirkungsgrad verhältnismäßig schlecht.
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Wärmekapazitätsmäßig als Zwischengröße ausgelegte Speicherheizaggregate
bekannter Bauart sind aus den bereits geschilderten Gründen nach Ansicht der Fachwelt
einerseits nicht möglich und würden andererseits einen im Verhältnis zu dem Raumbedarf
eines einzigen Speicherheizaggregates dieser Bauart mit kleinerer Wärmeleistung
erheblich vergrößerten Raumbedarf haben, weil aus den geschilderten Gründen im Zusammenhang
mit der notwendigen Zurücknahme des Abschaltwertes für die Zufuhr elektrischer Energie
für eine geforderte Wärme-
Speicherkapazität entsprechend mehr Volumen
an Wärmespeichermaterial zur Verfügung gestellt werden muß, wobei dabei wiederum
die bereits geschilderten Nachteile hinsichtlich ungünstigerer Ausnutzung des Wärmespeichermediums
auftreten.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Speicherheizaggregate der eingangs
beschriebenen Art tritt im Zusammenhang mit dem elektrischen Anschluß der Heizelemente
auf. Bekanntlich ist es aus Gründen der Unterstützung der Luftzirkulation durch
den natürlich Auftrieb zweckmäßig, die das Wärmespeichermedium durchziehenden Führungskanäle
für die aufzuheizende :6uft etwa vertikal anzuordnen. IZas bedingt aber bei den
bekannten Konstruktionen gleichfalls eine vertikale Anordnung der Heizelemente.
Diese wiederum hat zur Folge, daß deren elektrischer Anschluß von der Bodenseite
des Speicherheiz aggregates her erfolgen muß. Hier ist jedoch das Speicherheizaggregat
besonders unzugänglich. Wartung, Reparaturen und ggf. Austausch von Heizelementen
sind daher besonders umständlich, zeitraubend und kostspielig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Nachteile
von Speicherheizaggregaten der eingangs beschriebenen Art auszuschalten und ein
solches Speicherzaggregat so auszugestalten, daß durch weitestgehende Vermeidung
der Gefahr von örtlichen Temperaturspitzen in Wärmespeichermedium und in den diesen
Stellen benachbarten Stellen der Heizelemente ein vorhandenes Volumen an Wärmspeichermaterial
besser ausgenutzt bzw. für eine vorgegebene Wärmespeicherkapazität durch geringeren
für das Wärmespeichermedium benötigten Raumbedarf dieses Speicherheizaggregat nicht
nur vergleichsweise gerin gere Gestehungskosten, sondern auch erhöhte Wirtschaftlichkeit
aufweist, wobei gleichzeitig der Wärmewirtschaftswirkungsgrad gesteigert ist und
sich Vereinfachungen in der Konstruktion und Fertigung sowie der Wartung und Reparatur
insbesondere im Hinblick auf den elektrischen Anschluß der Heizelemente ergeben.
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Erfindungsgemäß kennzeichnet sic ein Speicherheizaggregat für gasförmiges
Wärmeentnahmemedium, insbesondere für Raumbeheizung mittels Warm- oder Heißluft,
mit Aufnahmekanälen für mindestens ein Heizelement und Führungskanälen fUr das Wärmeentnahmemedium,
die jeweils durch das Wärmepseichermedium voneinander getrennt sind, durch quer
zu den Aufnahmekanälen tür die Heizelemente angeordnete Führungskanäle für das Wärmeentnahmemedium.
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»s ist erkennbar, daß die Erfindung die ihr gestellte Aufgabe mit
einfachen und wirtschaftlichen Mitteln list. binerseits bringt sie unter Beibehaltung
einer Möglichkeit, die Führungskanäle für das gasförmige Wärmeentnahmemedium vertikal
anzuorden, die horizontale Anordnung der Heizelemente, so daß deren elektrischer
Anschluß von einer oder beiden Seiten des Speicherheizaggregates her erfolgen kann.
Die dadurch erzielbaren konstruktiven Vereinfachungen hinsichtlich der elektrischen
Ausrüstung und hinsichtlich Wartung, Reparatur und Austausch von Heizelelementen
liegen auf der Hand.
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Gleichzeitig aber wird die Wärmezufuhr zum Wärmespeichermedium erheblich
gleichmäßiger hinsichtlich der örtlichen Verteilung gestaltet. Während bei bekannten
Speicherheizaggregaten der beschriebenen Art die Heizelemente vertikal ungeordnet
sind und daher in ihrem oberen Bereich der Gefahr von oberhitzungen ausgesetzt sind,
während seitlich der Heizelemente liegende Bereiche des Wärmespeichermaterialn die
gleiche Temperatur erst später erreichen würden, diese aber wegen der Sicherheitsabschaltung
der Energiezufuhr überhaupt nicht erreichen, sondern vielmehr nach Energieabschaltung
ein Temperaturausgleich über der Masse des gesamten Speichermaterials bei einer
niedri£er SIE die Abschalttemperatur lie'enden Temperatur eintritt, wird bei der
Erfindung die Wärme dem Wärmespeicherma terial in verschiedenen horizontalen ebenen
Jeweils praktisch gleichmäßig über der gesamten Länge des Heizelementes zugeführt.
Das
hat zur Folge, daß es praktisch keine unterschiedlichen Temperaturbelastungen über
der gesamten Länge des Heizelementes gibt und daher in der Ebene des Heizelementes
die Wärmezufuhr zum Wärmespeichermedium wesentlich gleichmäßiger ist. Eine Abschaltung
der Heizelemente von der Energiezufuhr aus Gründen der Vermeidung thermischer Überlastung
braucht jetzt allenfalls einen nur geringen Temperatur-Sicherheitsabstand von der
höchstzulässigen Beanspruchungstemperatur der Heizelemente. Die Wärmeschichtung
im Wärmespeichermedium ist erfindungsgemäß nicht nur für die gesamte Länge eines
Heizelementes gleich, sondern auch für in der gleichen Horizontalebene angeordnete
andere Heizelemente, und nimmt hinsichtlich der Höhe des Wärmespeichermaterials
zu. Das bedeutet aber, daß die Erfindung aufgabengemäß eine Möglichkeit dafür schafft,
in kürzester Zeit mit einem vorgegebenen Volumen an Wärmespeichermaterial mehr Wärmeöladung
aufzunehmen oder bei vorgegebener aufzunehmender Wärmemenge das Volumen des Wärmespeichermaterials
und damit die Außenabmessungen des gesamten Speicherheizaggregates reduzieren zu
können, wobei gleichzeitig gewährleistet ist, daß keine thermischen Überbeansruchungen
der Heizelemente auftreten. Will man nämlich ein Maximum an Wärme in das Wärmespeichermaterial
einbringen, ohne daß durch die Sicherungsabschaltung die Energiezufuhr vorzeitig
unterbrochen wird, so schafft die erfindungsgemäße Anordnung der Führungskanäle
für das Wärmeentnahmemedium relativ zu den Heizelement-Aufnahmekanälen die vorteilhafte
Möglichkeit, die einzelnen Heizelemente reihen- bzw. schichtenweise entsprechend
einer Zeitprogramm-Steuerung nacheinander einzuschalten, und zwar erst die unten
Im Wärmespeichermedium angeordneten und dann in entsprechend abgestimmter Aufeinanderfolge
die in höheren Schichten gelengenen Heizelemente, wobei dann als letzte die im Bereich
der nach oben weisenden Oberflache des Wärmespeichermaterials gelegenen Heiozelemente
eingeschaltet werden. Somit ist durch die Erfindung der Weg geöffnet für die Erstellung
eines in mehrfacher Hinsicht vorteilhaften
Speicherheizaggregates
der eingangs beschriebenen Art. Dabei ist ein solches Speicherheizaggregat nicht
nur für seine bevorzugte Verwendung für die direkte Raumbeheizunjg mitteln Warm-
oder Heißluft geeignet, sondern auch für industrielle Beheizungen mit heißem gasförmigen
wärmeentnahmemedium, wobei dieses auch ein anderes Gas oder Gasgemisch als Luft
sich sein kann. Darüberhinaus eignet / ein Speicherheitaggregat nach der Erfindung
durchaus auch als Wärmeenergiequelle für Warmwasserheizungen, wobei das gesförmige
Wärmeentnahmemedium statt inblasens in einen zu beheizenden Raum über einen in geeigneter
weise ausgebildeten Zwangsaumlaufskanal mit Umlaufbeschleuniger in Form eines oder
mehrerer Ventilatoren einem nachgeschalteten Wärmetauscher zugeführt und von diesem
wieder zum Eintritt der das Wärmespeichermedium durchziehenden Führungskanäle zurückgeführt
wird. Bei solchen Konstruktionen kann dann auf der Sekundärseite des mit dem primärseitig
mit dem heißen gasförmigen Wärmeentnahmemedium gespeisten Wärmetauschers der Vor-
und Rücklauf des mit flüssigem Wärmeübertragungsmedium, beispielsweise Warmwasser,
arbei wenden Wärmeabgesystems an*eschlossen sein.
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Gemäß einer erfinderischen Fortbildung wird eine weitere untergeordnete
Aufgabe gelöst, die darin liegt, zugleich mit einer weiteren Verringerung des für
eine vorgegebene rcespeicherkapazität erfofrderlichen Raumbedarfs und damit der
Außenabmessungen eines solchen Speicherheizaggregates eine wirkungsvolle Fixierung
des Wärmespeichermediums zu schaffen.
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dieser Erfindungsgedanke kennzeichnet sich dadurch, daß ein Aufnahmebehälter
aus hitzebeständigem Material für die Aufnahme des Wärmespeichermediums vorgesehen
ist, an dem dieses anliegt. Dabei kann der Aufnahmebehälter aus Keramikmaterial
oder aber auch aus metall, vorzugsweise Stahl, 6ebildet sein.
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Zwar ist es bei nicht gattungsgemäßen Speicherheizaggregaten, nämlich
bei solchen, bei denen die Führung des Wärmeentnahmemediums in gleichen kanal erfolgt
, in dem auch die Heizelemente
angeordnet sind, bekannt, ein behälterartiges
Gehäuse aus stahlblech um den Speicherblock herum zu bilden. Hierbei handelt es
sich aber un das problem der Schaffung von weiteren Luftzügen, welche, auf der Außenseite
über der ganzen Seitenwandlungsfläche cerlaufend, Wärme aus dem Wärmespeichermedium
entnehmen. Demgemäß ist auch die Behälterwandung in einem abstand zu der Blocksteinschichtung
des Wärmespeichermaterials vorgesehen, um den entsprechenden Luftströmungskanal
zu bilden. Das Wärmespeichermedium liegt an der Behälterandung nicht an. Aus diesem
Grund vermag die Behälterwand ; auch zur Fixierung der Blocksteine nichts beisutragen.
Entweder muß daher ein solches bekanntes Gerät bei Ortsveränderungen sehr sorgfältig
unter Vermeidung von Schieflagen transportiert werden, oder aber es müssen verhältnismäßig
aufwendige Konstruktionen zur Festlegung des Wärmespeichermediums vorgesehen sein.
Hier schafft die Lösung gemäß diesem Erfindungsgedanken in einfacher und konstengünstiger
Weise Abhilfe, indem in schneller und wirtschaftlicher Weise unter Ausschaltung
die Nachteile dieser bekannten nicht gattungsgemäßen Konstruktion unter Ausnutzung
des in jedem Falle erforderlichen Verkleidungsgehäuses bei Speicherheizaggregaten
nach der Erfindung ausgeschaltet werden.
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Weiterhin hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn das Wärmespeichermedium
als unter Aussparung von als Führungskanäle für das Wärmeentnahmemedium und als
Aufnahmekanäle für die Heizelemente dienenden Kanälen geschichtetes Bauwerk aus
ziegelartigen Formulingen aus wärmespeicherndem Material gebildet ist. Dabei können
zweckmäßigerweise die Formulinge aus wärmespeicherndem Material eingeformte Ausnehmungen
für die Bildung der Führungskanäle für das Wärmeentnahmenedium und/oder der Aufnahmekanäle
für die Heizelemente aufweisen. Hierdurch lassen sich bereits durch die
Fertigung
der das Wärmespeichermedium bildenden Blocksteine unter Einsparung von Konstanten
die erfindungsgemäßen Zuordnungen der Führungskanäle für das wärmeentnahmemedium
und der Aufnahmekanäle für die Heizelemente von vornherein berücksichttigen.
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Weiterhin hat es sich als besonders zweckmäßig zu bevorzugen erwiesen,
wenn die Führungskanäle für das Wärmeentnahmemedium und/oder die Aufnahmekanäle
für die Heizelemente jeweils als in den Aufnahmebehälter eingesetzte Rohre aus wärmebeständigem
Material hoher Wärmeleitfähigkeit ausgebildet sind, deren Innenraum jeweils von
der Außenseite des Aufnahmebehälters zugänglich ist. wobei kann in weiterer vorteilhafter
AUss'0-staltung zumindest ein Teil der Aufnahmerohre als den Aufnahmebehälter versteifende
Druck- und/oder Zuganker ausgebildet sein.
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Hierdurch ergibt sich eine wesentliche Konstruktionsvereinfachung
mit einhergehender Senkung der Gestehungskosten. Weiterhin können bei einer solchen
Ausgestaltung mit einem Aufnahmebehälter aus Metall die Aufnahmerohre aus wärmefesten
Metall gebildet und mit der Wandung des Aufnahmebehälters verschweißt oder verlötet
sein.
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Ein Weitere grundlegender Erfindungsgedanke, durch welchen die Erfindung
in zweckmäßiger Weise erfinderisch fortgebildet wird, ist auf eine weitere Erhöhung
der in einem vorgqebonen Volumen für das Wärmespeichermedium unterzubringenden Wärmespeicherkapazität
bei gleichzeitiger wesentlicher Senkung der Kosten und Vereinfachung der Herstellung
des Speicherheizaggregates gerichtet. Während bisher bei Speicherheizaggregaten
jeder Art zur Bildung des Wärmespeicherblockes ziegelartige Preßlinge aus gesintertem
Magnesit, Dolomit oder dergleichen eingesetzt werden mußten, welche bereits durch
ihre Herstel-und einen erheblichen anteil der Gestehungskosten des -peicherheizaggregates
beanspruchten, hat es sich überraschend herausgestellt, daß statt dessen eine andere
sung nicht nur möglich ist, sondern auch noch erhebliche Vorteil. mit sich bringt.
Die Lösung gemäß diesem Erfindungsgedanken besteht
darin, daß das
Wärmespeichermedium als Schüttung rieselfähigen bzw. schüttbaren Festkörpermaterials
ausgebildet ist. Dadurch fallen die gesamten bisherigen Kosten für die Erstellung
der Formlinge weg, aus denen der Speicherblock bisher gebildet werden mußte. Weiterhin
liegt auf der Hand, daß ein solches Material in den dafür stets vorgesehen Aufnahmebehälter
einfach und schnell so einfüllbar ist, daß das gesamte zur Verfügung stehende Behältervolumen
für die Wärmespeicherung genutzt werden kann.Ein ganz wichtiger Vorteil der Lösung
dieses Erfindungsgedankens im Vergleich zu bekannten Speicherheizaggregaten und
sogar zu einem erfindungsgemäß ausgestalteten Speicherheizaggregat mit aus ziegelartigen
Formlingen gebildetem Speicherblock liegt aber darin, daß die Wärmeleitung im wärmespeichermaterial
bis in dessen entfernteste Ecken dadurch erheblich verbessert und dadurch Aufheiz-
und Wärmeentnahmezeit erheblich verkürzt werden, daß die bei herkömmlicher Ausgestaltung
unvermeidbaren Luftzwischenräume an den Berührungsflächen der über- und gegeneinander
geschichteten ziegelartigen Formlinge vermieden werden, welche jeweils Wärmeschranken
darstellte die den Wärmetransport behinderten.
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Gemäß weiterer Fortbildung dieses Erfindungsgedankens kann mit vorteil
das Wärmespeichermedium aus einer Schüttung von Sisengranulat gebildet sein. Erhebliche
Konstansenkungen lassen sich überraschenderweise dadurch erzielen, daß das Wärmespeichermediums
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 besonders Einsenglanz-Mineralien als wärmespeichermedium
bewährt.
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Als besonders su bevorzugen hat es sich herausgestellt, wenn ein Granulat
verwandt wird, welches größte Korngrößenahmessungen von etwa 1,5 mm und zwar vorzugsweise
im Bereich zwischen etwa 0,3 mm bis etwa 1,25 mm liegende Korngrößenabmessungen,
aufweist.
Weiterhin hat es sich bewährt, wenn das Granulat mindestens fünf Gewichtsprozente
an Anteilen staubförmigen Materials mit Kornabmessungen unter 0,2 mm aufweist. 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.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Fortbildung der Erfindung kann eine
zumindest an einer ihrer weiten vom wärmespeichermedium begrenzte Windkammer vorgesehen
sein, in welche die Führungsrohre für das Wärmeentnahmemedium münden. Dabei kann
die Oberfläche des Wärmespeichermediums gegen Eintreten von Wärmespeichermedium-Bestandteilen
in die Windkammer gesichert sein. Rierdurch ergibt sich eine besonders saubere honstruktion,
bei welcher eintreten von stets vorhandenem abrieb des Wärmespeichermaterials in
die zu beheizende Atmosphäre vermieden wird, wobei mit Vorteil diese Konstruktion
gleicher maßen auch für als Wärmeenergiegeber für über einen nachgeschalteten wärmetauscher
angeschlossene Warmwasserheizungen Verwendung finden kann, wobei in diesem Fall
durch diese vorteilhafte Konstruktion die primärseitige Ablagerung von Abriebpartikelchen
des Wärmespeichermaterials an der Wärmetauscheroberfläche vermieden wird. einerseits
kann zu diesem Zwecke das Wärmespeichermedium mit einem Deckblech abgedeckt sein,
es hat sich jedoch eine weitere Lösung überraschend als wesentlich zweckmäßiger,
weil einfacher und konstengünstiger erstellbar und dabei gewichtsparend, erwiesen,
gemäß welcher die Oberfläche des wärmespeichermediums durch eine wärmebeständige
Verklebung insich verfestigt ist. Dabei kann mit Vorteil zur Verklebung ein mineralischer,
vorzugsweise wasserglas enthaltender Leim verwandt sein, der mit Vorzug eine Aufschwemmung
staubförmigen Wärmespeichermediums aufweisen kann. s hat sich besonders bewährt,
wenn dieser mineralischer
Leim in einer Schichtdiocke von etwa
1 mm auf die Öberfläche des Wärmespeichtermaterial aufgebracht ist.
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Zur Erleichterung der Wartung in allerdings seltenen Fällen, in denen
dies einmal erforderlich werden sollte, kann zur Entnahmen des als Schüttung von
Festkörpermaterial ausgebildeten Wärmespeichermediums der Aufnahmebehälter für dieses
in seiner Seitenwandung etwa in seinem Bodenbereich eine verschließbare Entnahmeöffnung
für das rieselfähige bzw.
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schüttbare Wärmespeichermedium aufweisen. Hierdurch läßt sich durch
einfaches Offnen dieser Entnahmeöffnung das Wärmespeichermedium schnell, einfach
und wirtschaftlich aus seinem Aufnahmebehälter entnehmen.
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Bekanntlich weisen gattungsgemäße Speicherheizaggregate mit voneinander
durch das Wärmespeichermedium getrennten und durch dieses gegeneinander isolierten
Aufnahmekanälen für die Heizelemente und Führungskanälen für das Waxmeentnahmemedium
ein häufig als nachteilig empfundenes Trägheitsverhalten der rmeababe auf, indem
nämlich dann, -wenn kurzzeitig beispielsweise bei einem Kälteeinbruch durch Außentemperaturfühler
gesteuert zu einem Zeitpunkt Wärme abgerufen wird, wo sich das Speicherheizaggregat
gerade im Aufladungszustand befindet.
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Hier muß bei einem gattungsgemäén Speicherheizaggregat auf Grund der
Eigenart seiner Ausgestaltung grundsätzlich zuerst das Wärmespeichermedium ausreichend
aufgeheizt werden, bevor dieses Wärme an das Wärmeentnahmemedium abgeben kann. Aus
diesem Grund werden in der Technik auch die bekannten Speicherheizaggregate mit
jeweils in Führungskanal für das Wärmeentnahmemedium angeordnetem Heizelement bevorzugt,
da diese eine erheblich geringere Trägheit hinsichtlich der Wärmeregelung aufweisen.
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Um im Verein mit den anderen der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben
auch bei Speicherheizaggregaten der eingangs beschriebenen Art in dieser Hinsicht
Abhilfe zu schaffen, hat sich die
Überraschend einfache, dabei
jedoch höchst wirkungsvolle Lösung gemäß einem weiteren untergeordneten Erfindungsgedanken
bewährt, gemäß welcher erstmalig das Trägheitsverhalten von Speicherheizaggregaten
mit Aufnahmekanälen für mindestens ein Heizelement und Führungskanälen für das wärmeentnahmemedium,
die jeweils durch das Wärmespeichermedium voneinander getrennt sind, unter Wahrung
der sonstigen Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung nicht nur günstig beeinflußt,
sondern praktisch demjenigen von bekannten Speicherheizaggregaten mit Anordnung
der Heizelemente in Führungskanal für das wärmeentnahmemedium angeglichen werden
kann, wobei die Erfindung die Grandlage hierfür bietet. Dieser wichtige Erfindungsgedanke
kannzeichnet sich dadurch, daß zumindest ein Teil der Aufnahmekanäle für Heizelement
bildenden Rohre mit zumindest einem Teil der Führungskanäle für das Wärmeentnahmemedium
bildenden Rohre in Wärmeletkontakt angeordnet ist.
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Dabei hat es sich bei Speicherheizaggregaten mit Aufnahmekanälen für
Heizelemente und Führungskanälen für das Wärmeentnabsemedium in or:a von Metallrohren
besonders bewährt, wenn in weiterer zweckmäbiger Fortbildung dieses Erfindungsgedankens
die Aufnahmekanäle für Heizelemente und die Führrungskanäle für das Wärmeentnahmemedium
vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines die Wärmeübertragungsfläche vergrößernden
Zwischenbleches miteinander verschweißt oder verlötet sind. Hierdurch lassen sich
unter Ausnutzung der erfindungsgemäßen sonstigen Vorteile besonders einfache konstruktive
Ausgestaltungen erzielen.
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2 ist erkennbar, daß bemi3 diesem letztbeschriebenen nvfindungsgedanken
unter Ausnutzung der vorteilhaften Eigenschaften von Speicherheitzaggregaten mit
durch das Wärmespeichermedium voneinander getrennten Aufnahmekanälen für Heizelemente
und Führungskanälen für das wärmeentnahmemedium
das Trägheitsverhalten
wesentlich verbessert wird, indem nämlich die zugeführte Wärmemenge, welche in jedem
Falle von den Heizelementen an die wandung der Aufnahmekanäle für diese abgegeben
wird, in einem Augenblick, in welcilem dies besondars erforderlich ist, alsein einem
Augenblick, in dem von dem Speicherheizaggregat ein besondere trägheitsarmes Reaktionverhalten
auf einen Wärmeabrufimpuls gefordert wird, unmittelbar auf dem Wege der Wärmeleitung
von Material mit etwa gleicher Wärmeleitfähigkeit von der Wandung des Aufnahme kanale
für die Heizelemente unmittelbar zur Wandung der führungskanäle für das Wärmeenthahmemedium
geführt wird, und zwar dies unter wärmeströmungsmäßiger Umgehung des umgebenden
Wärmespeichermaterials, welches dadurch langsamer aufgeheizt wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels,
welches in der Zeichnung schematisch dargestelt ist, rein beispielsweise .her erläutert.
dabei zeigen: Fig. 1 inn Vertikal schnitt durch ein für die unmittelbare Raumbeheizung
mittels Warm- oder Heißluft ausgelegtes Speicherheizaggregat, und Fig. 2 einen Horizontalschnitt
längs/Linie II-II gemäß Fig. 1.
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Bei dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel handelt
es sich UL? ein sls 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 läßt, sind die Rohre im Horizontalschnitt
durch den Aufnahmebehälter 5 möglichst so verteilt angeordnet, daß eine gleichmäßige
Wärmeverteilung über dem
Horizontalquerschnitt des Aufnahmebehälters
zu erwarten ist.
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Dabei sind ansich die aus Metall, vorzugsweise Eisen, gebildeten Rohre
4, welche als Führungskanäle für das gasförmige Wärmeentnahmemedium dienen, in ihrer
vertikalen Ausrichtung im allgemeinen bereits durch die Verschweißung mit dem Bodenteil
des Aufnahmebehälters 5 ausreichend fixiert.
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Wie insbesondere aus ig. 2 zu entnahmen ist, 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 Vertikalschnittes gemäß Fig. 1 entnehmbar, sind die gleichfalls als
Metallrohre ausgebildeten Aufnahmekanäle 1 bzw. 2 für die Heizelemente 3 ohne Berührung
und deit ohne Wärmeleitkontakt mit den Führungskanälen 4 für das Wärmeentnahmemedium
angeordnet. Diese Anordnung kann über den gaourtea Vertikal querschnitt des Wärmespeichervolumens,
welches in seiner Ausbildung im Folgenden noch näher beschrieben worden wird, vorgesehen
sein, und zwar dies insbesondere dann, wenn bei einen Speicherheizaggregat nach
der Erfindung kein Wert auf besondere geringes Trägheitverhalten hinsichtlich der
Wärmeabgabe gelegt wird.
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In jedem Falle sind, wie beispielsweise Fig. 2 erkennen läßt, die
die Aufnahmekanäle für Heizelemente 3 bildenden Rohre in entsprechende Ausnehmungen
der Seitenwandungen des Aufnahmebehälters 5 gesteckt und durt an den Seitenwandungen
des Aufnahmebehälters 5 festgelegt. Zu diesem Zwecke können die horizontal liegenden
Aufnahmekanäle für die Heizelemente 3 mit der Wandung des Aufnahmebehälters 5 verschweißt
sein.
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Dadurch wirken sie gleichzeitig auch als Zug- bs Druckanker, welche
es ermöglichen, daß die Konstruktion des Aufnahmebehälters 5 aus verhältnismäßig
dünnen Metallbloch erstellt und damit erhebliche Gastehungskosten eingespart werden
können.
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Zur Verdeutlichung, daß die die Aufnahmekanäle für die Heizelemente
3 bildenden Rohre unterschiedlichen Querschnitt aufweisen können, sind in Fig. 1
zwei verschiedene Sorten von Rohren dargestellt, und zwar im Bereich der linken
Vertikalschnittshälfte einfache Kreisrohre 1 zur Aufname jeweils eines Heizelementes
3 in ihrem Innenraum 8, und auf der rechten Vertikalschnittshälfte sog. Flachrohre
2 zur Aufnahme von Jeweils mehreren, beispielsweise drei Heizelementen 3* Zur Steigerung
des Wärmeübergangs der durch die Heizelemente 3, welche, wie Fig. 2 in schematischer
Darstellung erkennen läßt, über entsprechende ansich bekannte Leitungsverbindungen
an die Sammelschienen 18 und 19 eines elektrischen Netzes angeschlossen sind, wobei
die elektrische Anschlußschaltung im einzelnen für die Erfindung ohne Bedeutung
und daher nicht näher da stellt ist, zugeführten Wärmeenergie, welche durch Wärmestrahlung
und/oder Wärmeleitung 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 Eeizelemente 3
in Wärmeleitungskontakt mit den Führungsrohren 4 für daß Wärmeentnahiomedium. Zu
diesem Zwecke können 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 Wärmeüberganges von den Aufnahmerohren
1 bzw. 2 der Heizelemente 3 zu den Wärmeentnahmemedium führenden Rohren 4 durch
Zwischenschaltung von Zwischenplatten 13 ersielt werden kann, mit denen einerseits
die Rohre 1 bzw. 2 und andererseits die Rohre 4 verschweißt, oder, wenn anderes
Material als Eisen zur Verwendung gelangt, verlötet sind.
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Auf diese Weise wird von der wärmetechnischen Seite her der
Vorteil
bewirkt, daß immer dann, wenn im Betrieb eines solchen Speicherheizaggregates eine
Wärmemenge vom Speicherblock abgerufen wird, die dieser noch nicht unmittelbar und
mit geringster zeitlicher Verzögerung abgeben kann, und zwar nämlich insbesondere
dann, wenn ein solches Speicherheizaggregat sich gerade im Anfang seines Aufheitzyklus
befindet, seitens des außentemperaturgesteuerten Steuergerätes aber Wärme abgerufen
wird, der Wärmeübergang von den Rohren 1 bzw. 2 zu den mit ihnen in Wärmeleitungskontakt
stehenden Wärmeentnahmemediums-Führungskanälen 4 unmittelbar und unter Umgehung
des Wärmespeichermaterials 6 erfolgt, welches die Zwischenräume zwischen Wandung
des Aufnahmebehälters 5 und den Außenseiten der Rohre 1 bzw. 2 bzw. 4 so ausfüllt,
daß es mit diesen in möglichst guten Wärmeleitungskontakt steht.
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Diese Konstruktion mit Verschweißung bzw. Verlötung der Rohre 1 bzw.
2 mit den Rohren 4, welche ii ubrigen ja G satz zur Darstellung gemäß Fig. 1 über
der gesamten Vertikalschnittshöhe vorgesehen sein kann, bringt aber auch noch den
mechanisch-konstruktiven Vorteil der Aussteifung des gesamten Aufnahmebehälters
5 nicht nur hinsichtlich einander gegenüberliegender Seitenwandungen, sondern soger
hinsichtlich querliegender Wandungen, mit sich. Die auf diese Weise geschaffene
Konstruktion von Aufnahmebehälterwandung 5 und an dieser vorzugsweise mittels Verschweißung
bzw. Verlötung festgelegten Rohren 1 bzw. 2 einerseits und andererseits sowie miteinander
durch Verschweißung bzw. Verlötung verbundenen Rohren 1 bzw. 2 und 4 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.
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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 Granulatmasse
aus schwermetallhaltigen Mineralien handeln, die dabei vorzugsweise aus einer Schüttung
gebildet sein kann, die gemahlenes Abraumgestein von der Erzgewinnung, und zwar
mit Vorzug Eisenglanz-Mineralien, enthält, wobei weiterhin ein Zusatz von Eisengranulat,
wie es aus Gießereien als Abfall zur Verfügung steht, zugesetzt sein kann.
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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 maximal 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.
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Die nach oben weisende Oberfläche der Wärmespeichermaterial-Schüttung
6 ist zur Bildung einer gegen Austreten feinster staubförmiger Teilchen des Wärmespeichermaterials
6 gesicherten Oberfläche durch eine wärmebeständige Verklebung insich selbst verfestigt.
Zur Verklebung ist dafür ein mineralischer, vorzugsweise Wasserglas enthaltender
Leim verwendet, der beispielsweise auf der Basis feinstgemahlenen Mineralstaubes
des Wärmespeichermaterials 6 erstellt sein kann. Zwischen der durch die wärmebeständige
Verklebung 10 insich verfestigten Oberfläche des Wärmespeichermaterials 6, welche
im übrigen auch durch ein entsprechend ausgebildetes Deckblech hätte ersetzt werden
können, und der Innenwandung des Abdeckteils
des Aufnahmebehälters
,- ist eine Windkammer 9 ebildet, Welche mit der Außenatmosphäre über eine oder
mehrere Austrittsöffnungen 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 Wärmeentnahmemediums und
damit einem Temperaturausgleich für ggf. aufgetretene örtliche Temperaturungleichheiten
unter den einzelnen Teilströmen des Wärmeentnahmemediums zu einer Strömungsberuhigung,
so daß Verwirbelungen oder dgl. beim Austritt aus der Windkammer 9 in die direkt
zu beheizende Außenatmosphäre weitestgehend vermieden werden.
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Witerhin ist im Bereich der Bodenwandung des Aufnahmebehälters5 eine
Entnahmeöffnung 11 für das rieselföhige 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 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
siegelartigen Blockspeichersteinen und eine weitestgehende Vermeidung von unnötigen
Stoßstellen derselben zu nehmen wäre, Der Kreislauf des Wärmeentnahmemediums wird
folgendermaßen gebildet:
Über 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 Wärmespeichermeidum 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. @s 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 Eintrömen der in diesem beschleunigten Luft in die Eintrömkammer
15 durch den Pfeil B angedeutet. Aus der Eintrömkammer 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 25 zu der beschriebenen Beruhigung der Luftströmung mit
gleichzeitigem Temperaturaustausch und einem Ausströmen der Warm- bzw. Heißluft
durch den Austrittskanal 21, was durch den Pfeil C angedeutet ist.
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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 Weise angeordneten Meßwertgebern erhält, welche
als die Erfindung nicht betreffend acht dargestellt sind.
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Es ist erkennbar, daß statt der Verwendung als Direktheizung für Raumbeheizung
mit Luft die erfindung auch für andere Zwecke Verwendung finden kann. So kann beispielsweise
insbesondere bei industriellen Heizungen, bei denen bestimmte programmgesteuerte
Beheizungsprozesse
vorzunehmen sind, ein geschlossener Kreislauf zwischen den Pfeilen C und A mittels
geeigneter Verrohrung oder dergleichen vorgesehen sein, in dem als wärmeverbraucher
beispielsweise ein Wärmetauscher für sekundärseitiges gasförmiges oder flüssiges
Medium inweschaltet ocin kann.
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Dabei kann statt der im beschriebenen Ausführungsbeispiel verwandten
Luft auch ein anderes gasförmiges Wärmeentnahmemedium vorgesehen sein. weiterhin
kann ein mit Luft als Wärmeentnahmemedium arbeitendes Speicherheizaggregat nach
der Erfindung, welches einen über einen den Ueißluftaustritt (?1 mit dem ML-strömstutzen
16 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 als Heizenergiegeber
für eine Warmwasserheizung üblicher Art eingesetzt werden, bei welcher ein solches
Aggregat nach der Erfindung statt eines flannenbefeuerten Kessels oder aber statt
eines Speicherheizaggregates mit großräumigen Wasserspeicher Verwendung finden kann.
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Obgleich die Erfindung lediglich anhand eines bevorzugten Anwensungsfalles
rein beispielsweise beschrieben worden 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 desn jeweiligen konstruktiven Gegebenheiten oder Forderungen des einzelnen
Einsatzfalles anzupassen, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen.