DE2317515A1 - Elektrisch zu beheizender speicherstein fuer waermespeicheroefen und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

• Elektrisch zu beheizender Speicherstein für Wärmespeicheröfen und Verfahren zu seiner Herstellung Gegenstand der Erfindung ist ein elektrisch zu beheizender, durch Brennen verfestigter Speicherstein für Wärmespeicheröfen, bei denen die Wärme mit billigem Nachtstrom erzeugt und in keramischem Material gespeichert wird, um sie am Tage zur Raumheizung benutzen zu können0 Es sind derartige Steine bekannt, bei denen die auf elektrisch isolierende Füllkörper aufgewickelten Heizleiterwendeln unmittelbar in eine aus demselben Material wie die Füllkörper bestehende Isolierstoffmasse eingebettet sind, vgl. österreichische Patentschrift Nr. 292 863o Es ist ferner bekannt, für diese Einbettungsmasse der auf die isolierenden StUtz- und Füllkörper gewickelten Heizleiterwendel nicht-heißkorrodierende, reins, hitzebeständige Oxide zu wählen und die so gebildete elektrische Isolierschicht wiederum von einer äußeren Kanteilschicht aus einem Material hoher Wärmespeicherfähigkeit zu umgeben und zusammen mit dieser durch Brennen zu einem festen Stein zu vereinigen, vgl. DBGM 7 138 091.
• Bei dem gemeinsamen Verpressen und Brennen der inneren und der mehr oder weniger unreinen äußeren Schicht solcher Speichersteine war nicht immer unbedingte Gewähr dafür gegeben, daß das eventuell in der Wörme korrodierend wirkende Material der Außenschicht nicht Qoe) an irgena- einer Stelle sich dem auf die Stützstäbe gewickelten Heizdraht so weit näherte, daß doch früher oder später eine Heißkorrosion oder Oxidation der Drähte durch Wechselwirkung zwischen den metallischen Heizleitern und der Einbettung und damit eine Verkürzung der Lebensdauer durch Drahtbruch eintrat Denn wenn auch bei normalen Betrieb der Speicherste@@ die Endtemperatur im voll aufgeheizten Kern meist um 500 bis 650°C liegt, so entstehen bei mangelnder Wärmeabfuhr am Heizkörper doch zuweilen Temperaturen von 800 °C und höher, Andererseits soll für ein gegebenes Volumen des Speichermaterials das Wärmespeichervermögen möglichst hoch sein, damit die Öfen nicht unzumutbar groß werden0 Dafür ist die spezifische Wärme und das Raumgewicht der Steine entscheidend. Für Schamotte gelten z.B. folgende Werte: spezifische Wärme 0,2 bis 0,22 kcal/kg 0C; Raumgewicht 1,8 nis 2,2 kg/dm³; nutzbare Temperatur #1 - #2 = #g = 500°C; Wärmeinhalt bei Nutztemperatur 210 kcal/dm3 Andere Stoffe, die keramisch gestaltet werden können, zeigen wesentlich höheres Wärmespeichervermögen, wie z.B. Quarz, Sintermagnesit, Korund, Chromoxid, Olivin, Magnetit u.a.
• Ziel der Erfindung ist es, die Erfordernisse hohen rmespeichervermögens und Vermeidung von Heißkorrosion bei guter Wärmeuberleitung zum Speichermaterial in wirtschaftlicher Weise zu befriedigen und die Herstellung der Speichersteine so leiten zu können, daß sowohl bei der Fertigung als auch beim Gebrauch Ausschuß und Schäden der angedeuteten Art mit Sicherheit vermieden werden.
• Zu diesem Zweck wird das Verfahren zum Herstellen eines elektrisch zu beheizenden, durch Brennen verfestigten Wärmespeichersteins mit Heizdrahtwendeln, die unmittelbar in eine aus nichtheißkorrodierenden, reinen Oxiden bestehende Isolierschicht eingebettet sind, welche wiederum von einer äußeren Schicht aus Material hoher Wärmespeicherfähigkeit umgeben und zusammen mit dieser durch Brennen zu einem festen Stein vereinigt ist, erfindungsgemäß in der Weise ausgeführt, daß die Heizwendel in einer vorgefertigten Wanne aus reinen Oxiden untergebracht und durch Spritzgeißen, Prezsen oder andere Formgebungsmethoden mit gleichartigen reinem Oxiden allseitig umhüllt wird und daß der so entstandene Körper in einen vorge fertigten Außenmantel aus ausschließlich nach hoher Wärmespeicherfähigkeit ausgewählten Mineralstoffen eingelegt wird, worauf der so gebildete Gesamtblock durch Br-oriiien z=z fertigen Speicherstein zusammengesintert wird.
• Der in dieser Weise aufgebaute Speicherstein, der im Innen block eine Wanne aus reinen Oxiden mit Resten zum Haltern der von der eingepreßten Masse gleicher oder gleichartiger Beschaffenheit eingehüllten Heizspirale enthält, und im mantel einen Schalenkörper aus unreinem, nämlich nur £or seinem hohen Wärmespeichervermögen ausgewählten Speichermaterial, vorzugsweise noch mit sinterungsfördernten Zusätzen, wird nur einmal bei einer Temperatur gebrannt, vei der im Innenblock befindlichen reinen Oxide nicht zusammensintern, sondern etwas locker bleiben, wodurch Spannungen vermieden werden.
• Zum glatten Einfüllen des Oxidmaterials in die vorgefertigte innere Wanne werden diesem Material Zusätze aus organischen Bindemitteln und Plastifizierungsmitteln, wie Paraffin oder Kunststoff zugemischt. Diese Zusätze verdampfen beim späteren Endrand.
• Dem Material des Außenmantels werden dagegen im Bedarfsfalle sinterungsfbrdernde Stoffe zugesetzt, wie Fritten, Gläser, Mineralien mit niedrigem Schmelzpunkt oder hydraulisch erhärtende Stoffe, wie Schmelzzement aus Hochofenschlacke. Vor dem Fertigbrand wird außerdem der als Halbschalenkörper oder als Taschenkörper mit Deckel ausgebildete Außenmantel an den aufeinanderliegenden Flächen der Teilstücke mit sinterfähigen Schichten, wie Engoben, Glasuren oder Schmelzkitten bestrichen.
• Ein Ausftthrungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren beschrieben, die in flLnf Längs- und Querschnitten die fünf Hauptphasen des Herstellungsverfahrens und damit am Schluß das Fertigprodukt veranschaulichen: Zunächst wird aus reinen feuerfesten, nicht korrosiv wirkenden Oxiden oder Verbindungen wie MgO, zoBo in der Kristallform Periklas, oder A1203 als Korund oder MgO e A1202 als Spinell, ohne Zusatz von anorganischen Bindemitteln ein wannenförmiger Formteil 1 aus zwei Hälften gespritzt oder gepreßt, Die Formbrakeit wird durch Zufügung organischer Bindemittel wie Paraffin oder Kunststoff erreicht. Auf dem inneren Boden sind Hasten in Form von Nocken oder Rillen 2 zur Festlegung der Heizspirale angebrachbO Die Tiefe jeder Aufnahmewannenhälfte braucht nur dem halben Durchmesser der Spirale zu entsprechen, Figuren 1 und 2o Darauf wird die Heizspirale 3, die auf die gewönschten Abstände der Spiralgänge ausgezogen ist, in die Wanne gelegt. Zur sicherung der Abstände der Windungen können die Drahtwendeln an den genannten locken oder Schlitzen der Wanne einrasten Die Anschlußenden 4 werden in entsprechenden Rillen 5 der schmalen Wände festgelegt, Figuren 3 und 4e Nun werden der Hohlraum der Wanne und die Zwischenräume der Wendel nach dem Spritzgußverfahren mit dem gleichen Material ausgefüllt, aus welchem die Wanne besteht, so daß mit Hilfe der zweiten Halbwanne ein allseitig gesehlossener Block 6 entsteht, in dem die Heizwendel vollständig eingehüllt ist, Figuren 5 und 6o Werden aus einem Material mit hohem Wärmespeichervermögen, wie Sintermagnesit, Korund, synthetische Stoffe oder bevorzugt Magnetit zwei Halbschalen 7 für den Außenmantel gepreßt, so entfällt bei der Auswahl die Forderung nach hoher Reinheit und fehlender Korrosion gegenüber den neizleitern, da die Heizdrähte Ja von diesen Materialien durch die Umhüllung mit reinen Oxiden getrennt sind0 Zur Verbesserung der Sinterfähigkeit können dem Material dieser Au.enmantel-Wannen sinterungsfördernde Stoffe wie Fritten, Gläser, Mineralien mit niedrigem SchmeBpunkt oder auch hydraulisch erhärtende Stoffe wie Schmelzzement aus Hochofenschlacke zugesetzt werden. In den Innenraum des Außenmantels 7 paßt der die Spirale enthaltende Block 6o Der Block wird in die eine der Halbschalen eingelegt und mit der zweiten bedeckt, so daß er vollständig mit den Formteilen aus Speichermaterial umhüllt ist, Figuren 9 und 10.
• Die Stirnflächen, bzw. die freien Oberkanten der Wannenhälften des Außenmantels 7 werden mit Email, einer keramischen Engobe, einer Glasur oder einem Schmelzkitt bestrichen0 Dann wird die ganze Anordnung gebrannt und dadurch zu einem festen, geschlossenen Stein gesintert, der die elektrisch gut isolierte Wendel enthält. Die organischen Plastifizierungs- und Bindemittel im Block 6 entweichen durch Verdampfen, Sublimieren oder Oxidation durch die Poren und Spalten, Die äußeren Schalen werden fest und sind miteinander verbunden durch Versintern der Kittflächene Um bei einer nicht zu hohen Brenntemperatur eine gute Festigkeit der Umhüllung aus Speichermaterial zu erreichen, werden dem mineralischen Formsto@@ der Abdenmantelhülle Sinterhilfsmittel, wie z.B. eine ggeignete Fritte, Glaspulver oder Glaspulver zugefügt. Dadurch wird erreicht, daß der genze Speicherstein schon bei einer Temperatur von z.B. 900 bis 1100°C hat gesintert werden kann.
• Thermische Spannungen innerhelt des keramischen Zweischi@@@s@-systems treten nicht auf, da @er inners aus reinen oxiden bestehende Block nicht so wart sintert wie die äußere Schale, also bei Temperaturunterschiden während des Brandes und im Gebrauch eine ausreichende Nachglehigkeit behält, so daß kritische Druckspannungen nicht aftreten konnen.
• Der Heizkörper nach der Erfindung zeigt auch bei hohen Temperaturen bei der Pr@@@ nach @@@ @720 sehr gerings Ableitströmungen, die weit unter den geforderten Verten liegen. Die hochilsolierende Zwischenschicht zwischen Heizdraht @@i Speicherstoff ermöglicht für die Au@@schalen die Verwendung billiger eisenreicher Mineralstoffe wie Magneteizenstein die, wenn man sie in unmitelbare Berührung mit dan Heizdrähten bringen würde, nur eine kurze Betriebsdauer in Folgs Mo@@-korrosion erwarten lassen würde.
• Falls die bisher beschriebene und dargestellte SPeicheranordnung wegen des hohen Gewichts der zusammenzuschaltenden Steine besonders für größere Öfen zu große Schwierigkeiten bei Transport und Montage machen sollte, so braucht für diese Fälle der die innere Wanne mit der Heizwendel umgebende Außenmantel hoher Wärmespeicherfähigkeit nicht mit der Innenwanne zum Gesamtblock zusammengesintert zu werden, sondern kann am Aufstellungsort um die innere Heizkernwanne als sogenannter "Spiegel" in Gestalt von selbständig gefertigten Beistellsteinen, Platten oder sonstigen Formkörpern gruppiert werden. Die Außenmantelteile können dann auch im Stampfverfahren hergestellt und mit chemisch wirkenden Bindemitteln verfestigt werden, wie Z.Bo mit Wasserglas, Zement oder Kitte Sie brauchen dann nur bei etwa 3000C gehärtet zu werden.
• PatentansprUche:

Claims (1)

1. Patentansrüche Verfahren zum Herstellen eines elektrisch zu beheizenden, durch Brennen verfestigten Wärmespeicherstein3 mit Heizdrahtwendeln, die unmittelbar in eine aus nicht-heißkorrodierenden, reinen Oxiden bestehende Isolierschicht eingebettet sind, welche wiederum von einer äußeren Schicht aus Material hoher Wärmespeicherfähigkeit umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zu günstiger Länge ausgezogene Heizwendel in eine vorgefertigte Wanne aus reinen Oxiden eingebracht und zum Sichern der Länge an ihren Wendelgängen in Nocken oder Rillen der Wanneninnenwand, und zur Aufnahme und Befestigung der Anschlußdrähte an ihren Enden in Aussparungen des Wannenkörpers eingelegt und anschließend durch Spritzgießen, Pressen oder andere Formgebungsmethoden mit gleichartigen reinen Oxiden allseitig umhüllt wird und daß der so entstandene Körper in einen vorgefertigten Außenmantel aus ausschließlich nach hoher Wärmespeicherfähigkeit ausgewählten Mineralstoffen eingelegt wird, worauf der so gebildete Gesamtblock durch Brennen zum fertigen Speicherstein zussmmengesintert wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Bildung der inneren Wanne und zum Ausfüllen der Hohlräume an der eingelegten Heizwendel durch Spritzgießen oder Pressen verwendete reine Oxidmasse durch Zusätze organischer Bindemittel spritzbar bzw. formbar gemacht wird0 3e Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Material des Außenmantels sinterungsfördernde Stoffe zugesetzt werden, wie Fritten, Gläser, Mineralien mit niedrigem Schmelzpunkt oder hydraulisch erhärtende Stoffe, wie Schmelzzement aus Hochofenschlacke.

   40 Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel hoher Wärmespeioherfähigkeit als Halbschalenkörper oder Taschenkörper mit Deckel ausgebildet ist und vor dem Brennen an den aufeinanderliegenden Flächen der Teilstücke mit sinterfähigen Schichten, wie Engoben, Glasuren oder Schmelzkitten bestrichen wird.

   50 Elektrisch zu beheizender, durch Brennen verfestigter Speicherstein für Wärmespeicheröfen mit Heizdrahtwendeln, die unmittelbar in eine aus nicht-helßkorrodierenden, reinen, hitzebeständigen Oxiden bestehende Isolierschicht eingebettet sind, welche wiederum von einer äußeren Schicht aus Material hoher Wärmespeicherfähigkeit umgeben und zusammen mit dieser durch Brennen zu einem festen Stein vereinigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwendel (3) in einer aus dem reinen Oxidmaterial vorgefertigten Schalenwanne (1) gelagert ist, welche die mit dem gleichen reinen Oxidmaterial allseitig umhüllte, zu günstiger Länge ausgezogen von Wandungsteilen (2,5) der Schalenwanne gehaltene Heizdrahtwendel umschließt und ihrerseits in einem als Halbschalenkörper oder als Taschenkörper mit Deckel ausgebildeten Außenmantelkörper (7) steckt, desserlivIaterial ausschließlich nach seinem hohen Wärmespeichervermögen ausgewählt ist, wie Sintermagnesit oder Korund, vnrzugsweise mit einem Zusatz von Sinterhilfsmitteln, und schon bei verhältnismäßig niedriger Temperatur Ilartsinterbar ist, wobei der aus den reinen Oxiden bestehende innere, die Heizwendel enthaltende Block gegen äußere Einflüsse geschützt dicht eingeschlossen ist, aber in seiner Füllmasse eine gewisse Nachgiebigkeit aufweist, die während des gemeinsamen Brandes und im Gebrauch keine kritischen Druckspannungen auftreten läßt.

   6. Abgewandeltes Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erleichterung des Transportes und der Montage der die innere Wanne mit der Heizwendel umgebende Außenmantel hoher Wärmespeicherfähigkeit nicht mit der Innenwanne zum Gesamtblock zusammengesintert, sondern am Aufstellungsort um die innere Heizkernwanne als sogenannter Spiegel in Gestalt von selbständig gefertigten Beistellsteinen, Platten oder sonstigen Formkörpern gruppiert wird0