DE3306988A1

DE3306988A1 - Accumulator heating system

Info

Publication number: DE3306988A1
Application number: DE19833306988
Authority: DE
Inventors: Hartwig Dipl.-Ing. 2000 Hamburg Rahtk
Original assignee: Howaldtswerke Deutsche Werft GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Priority date: 1983-02-28
Filing date: 1983-02-28
Publication date: 1984-08-30

Abstract

In a solid fuel heat accumulator, a steam generator for a primary circuit is arranged, which gives off the heat via a condenser to a secondary circuit. The steam generation is normally controlled by a control valve. As safety device, there is provided in the primary system a condensate collector which retains the condensate in the event of inadequate heat take-off of the secondary circuit and thus prevents overheating of the primary and secondary circuit. The condensate collector is preferably made as an approximately horizontal inclinable pipe and is if required tipped, starting from measuring points on the secondary circuit, into a position, in which the primary circuit is interrupted.

Description

Storage heating system

Die Erfindung bezieht sich auf ein Speicherheizungssystem, das aus einem auf hohe Temperaturen erhitzbaren Wärmespeicher und aus einem Dampf-Wasser-Primärkreislauf besteht, welcher die Wärme an einen Sekundärkreislauf überträgt.
5The invention relates to a storage heating system which consists of a heat accumulator which can be heated to high temperatures and a steam-water primary circuit which transfers the heat to a secondary circuit.
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Als Wärmespeicher kommt beispielsweise ein Feststoffspeicher in Frage, der aus Magnesitspeichersteinen besteht, zwischen denen Räume des Primärkreislaufs angeordnet sind, die einen Dampferzeuger für zugeleitetes Wasser bilden. Der Dampf gelangt zu einem Kondensator, in dem die Wärme an den Sekundärkreislauf z. B. einer Zentralheizungsanlage abgegeben wird. Das Kondensat fließt in den Wärmespeicher zurück.A solid storage tank, for example, can be used as a heat storage device, which consists of magnesite storage stones, between which spaces of the primary circuit are arranged, which form a steam generator for supplied water. The steam goes to a condenser where the heat to the secondary circuit z. B. is delivered to a central heating system. The condensate flows back into the heat storage tank.

Ein solcher Wärmespeicher kann elektrisch bis auf etwa 650 ⁰C oder höher aufgeheizt werden. Es darf daher nicht mehr Dampf entstehen als in dem Kondensator kondensieren kann. Dies ist durch eine Regelung der in den Dampferzeuger zurückfließenden Wassermenge zu erreichen. Die Regelung kann beispielsweise in Abhängigkeit von dem durch die Verdampfung erzeugten Unterdruck im Primärkreislauf erfolgen oder gegebenenfalls auch durch die Wärmeabnahme des Sekundärkreislaufs gesteuert werden.Such a heat store can be ^{heated electrically up to about 650 °} C. or higher. It must therefore not generate more steam than can condense in the condenser. This can be achieved by regulating the amount of water flowing back into the steam generator. The regulation can take place, for example, as a function of the negative pressure generated by the evaporation in the primary circuit or, if necessary, also be controlled by the heat consumption of the secondary circuit.

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Wenn ohne ausreichende Wärmeabnahme durch den Sekundärkreislauf in dem Kondensator außerdem der -Regler nicht einwandfrei den Zufluß von Kondensat zum Dampferzeuger absperrt, kann sehr plötzlich ein sehr großes Dampfvolumen bzw. ein sehr hoher Dampfdruck infolge der hohen Temperatüren des Wärmespeichers entstehen, der auch durch die Sicherheitsventile nur schwer unschädlich zu machen ist. Eine ungenügende Wärmeabnahme liegt beispielsweise bei einem Stillstand im Sekundärsystem vor, in dem eine überhitzung wegen des hiermit verbundenen, für Zentralheizungen unzulässig hoch werdenden Drucks vermieden werden muß. Bei Regelventilen, die in Heißwasserleitungen eingesetzt werden, sind bei längerer Betriebszeit ohne laufende Wartung Undichtigkeiten nie ganz auszuschließen.If there is insufficient heat consumption through the secondary circuit in the In addition, the condenser regulator does not properly control the inflow of condensate blocks to the steam generator, a very large volume of steam or a very high steam pressure can occur very suddenly due to the high temperatures of the heat accumulator, which is also created by the safety valves is difficult to render harmless. Insufficient heat consumption occurs, for example, when the secondary system comes to a standstill, in which Overheating must be avoided because of the associated pressure, which is unacceptably high for central heating systems. With control valves, which are used in hot water pipes, leaks can never be completely ruled out during longer periods of operation without ongoing maintenance.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit eines vorstehend beschriebenen Primärkreislaufs zu erhöhen. ^The invention is therefore based on the object, the security of a above to increase the primary circuit described. ^

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Z¹Jr Lösung dieser Aufgabe wird dem Kondensator ein Kondensatsammler nachgeschaltet. Dieser ist so bemessen und ausgeführt, daß er auch über einen längeren Zeitraum die anfallende Kondensatmenge, vorzugsweise das gesamte in dem Primärkreislauf vorhandene Wasser aufnehmen und zurückhalten kann, bis wieder eine Wärmeabnahme durch den Sekundärkreislauf erfolgt. Die vorübergehende Speicherung des Wasser des Primärkreislaufs bewirkt, daß weiterer Dampf nicht in dem Wärmespeicher erzeugt werden kann und somit auch der durch den Kondensator verlaufende Teil des Se- -kundärkreislaufs nicht zu stark erhitzt wird. ' ·Z ¹ To solve this problem, a condensate collector is connected downstream of the condenser. This is dimensioned and designed so that it can absorb and hold back the amount of condensate that occurs, preferably all of the water present in the primary circuit, over a longer period of time, until heat is removed again by the secondary circuit. The temporary storage of the water of the primary circuit has the effect that further steam cannot be generated in the heat accumulator and thus the part of the secondary circuit running through the condenser is not heated too much either. '·

In der bevorzugten Ausführung ist der Kondensatsammler ein etwa horizontal angeordnetes Rohr, das im Betrieb nur teilweise mit Kondensat gefüllt ist und von dem Kondensat durchflossen wird. Das Rohr ist jedoch neigbar und wird bei einer notwendigen Betriebsunterbrechung in eine geneigte Stellung gekippt, in der kein Kondensat abfließen kann. Das Neigen des über flexible Rohrleitungen mit anderen Teilen des Primärkreislaufs verbundenen Kondensatsammlers kann durch einen Hubmotor erfolgen," der über eine elektrische Schaltung von geeigneten Meßeinrichtungen betätigt wird.In the preferred embodiment, the condensate collector is approximately horizontal arranged pipe that is only partially filled with condensate during operation and through which the condensate flows. The pipe is however tiltable and is tilted into an inclined position in the event of a necessary interruption of operation, in which no condensate can drain off. The tilting the condensate collector, which is connected to other parts of the primary circuit via flexible pipelines, can be carried out by a lifting motor, " which is actuated by suitable measuring devices via an electrical circuit will.

Zur Erhöhung der Sicherheit im Primärkreislauf ist es weiterhin zweckmäßig, den Kondensator so auszulegen, daß der stehende Wasserinhalt des Sekundärkreislaufs im Kondensator mindestens einer solchen Wassermenge entpricht,'die die Wärmemenge aufnehmen kann, die maximal beim Kondensieren der gesamten im Primärkreislauf möglichen Dampfmenge abgegeben werden kann. Das Wasser des Sekundärkreislaufs sollte dabei nicht wärmer als 95 C werden. Das sekundärseitige Volumen des Kondensators ergibt sich somit aus der durchschnittlichen Temperatur des Wassers im Kondensator und aus Druck und Temperatur sowie der Menge des in den Kondensator möglicherweise gelangenden Dampfes. Vorzugsweise wird sogar eine erhöhte Sicherheit dadurch angestrebt, daß das Wasservolumen des Sekundärkreislaufes im Kondensator das 1 1/2-fache des vorstehend ermittelten Wertes ist. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß aller Dampf im Primärkreislauf auch bei einem Stillstand des Sekundärkreislaufs kondensiert und kein unzulässig überhitzter Dampf weiter zirkulieren kann.To increase safety in the primary circuit, it is also advisable to to design the condenser so that the standing water content of the secondary circuit in the condenser has at least such an amount of water corresponds to 'which can absorb the amount of heat that is maximum during condensation the entire amount of steam possible in the primary circuit can be emitted. The water in the secondary circuit should not be warmer than 95 C. The volume of the condenser on the secondary side results from the average temperature of the water in the condenser and from pressure and temperature as well as the amount of steam that may possibly get into the condenser. Preferably even an increased Security sought in that the water volume of the secondary circuit in the capacitor 1 1/2 times that determined above Worth it. This measure ensures that all steam in the primary circuit condenses even when the secondary circuit is at a standstill and no impermissibly superheated steam can continue to circulate.

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Der Kondensatsammler ist eine zusätzliche Sicherheitseinrichtung in dem geschlossenen Primärkreislauf, um in jedem Fall einen unzulässig hohen Dampfdruck auszuschließen. In der bevorzugten Ausführung eines kippbaren Rohres sind Ventile oder ähnliche Absperreinrichtungen, deren Funktion nach längerer Betriebszeit ohne laufende Wartung nicht immer ganz sicher ist, nicht erforderlich. Dieses Fehlen von Ventilen ist insbesondere bei einem Kreislauf wie dem vorliegenden wichtig, da die Gesamtmenge des Wassers im /rimärkreislauf relativ klein ist und schon geringe Leckmengen den Dampfdruck erheblich erhöhen können.The condensate collector is an additional safety device in the closed primary circuit in order to exclude an impermissibly high vapor pressure in any case. In the preferred embodiment of a tiltable one Rohres are valves or similar shut-off devices whose function is not always complete after a long period of operation without ongoing maintenance sure is not required. This lack of valves is particularly important in a circuit such as the present, since the total volume of the water in the / primary circuit is relatively small and already low Leakage can significantly increase the steam pressure.

Der Kondensatsammler kann so angeordnet oder durch mechanische Kräfte wie z. B. Federn belastet werden, daß er bei einem Ausfall des Hubmotors oder der ihn steuernden Meßeinrichtungen sich selbsttätig in eine geneigte, das Kondensat zurückhaltende Stellung dreht. Anstelle eines elektrisch betätigten Hubmotors können auch andere durch Druck oder Temperatur beeinflußbare Einrichtugnen verwendet werden.The condensate collector can be so arranged or by mechanical forces such as B. springs are loaded that he automatically in a failure of the lifting motor or the measuring devices controlling it inclined, the condensate retaining position rotates. Instead of an electrically operated lifting motor, others can also be operated by pressure or temperature controllable devices are used.

Normalerweise wird der Kondensatsammler in der waagerechten Stellung gehalten, in der das Kondensat ihn kontinuierlich durchfließt. Nur bei ungenügender Wärmeabnahme des Sekundärkreislaufs wird er zur Unterbrechung des Primärkreislaufs in die geneigte Stellung gekippt. Das Kippen kann außer von Meßwerten am Sekundärkreislauf auch vom Primärkreislauf, z. B. einem Druckanstieg, bewirkt werden. Es ist sogar möglich, den Kondensatsammler anstelle eines Regelventils zu verwenden, und seine Neigung dauernd so zu verändern und einzustellen, daß dem Dampferzeuger die jeweils notwendige Wassermenge zufließt.Normally the condensate collector is held in the horizontal position, in which the condensate flows through it continuously. It only becomes an interruption if there is insufficient heat consumption in the secondary circuit of the primary circuit tilted to the inclined position. In addition to measured values on the secondary circuit, tilting can also occur from the primary circuit, z. B. a pressure increase. It is even possible to use the condensate collector instead of a control valve, and to constantly change and adjust its tendency so that the steam generator receives the necessary amount of water.

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Speicherheitzungssystems werden anhand der beigefügten schematsichen Zeichnung beschrieben.Further details of the storage heating system according to the invention are described using the attached schematic drawing.

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Ein Feststoffspeicher enthält Doppelheizplatten aus Metall, die den Dampferzeuger 1 bilden. Diesem wird Wasser durch ein Tropfwasserrohr 2 zugeführt, und über einen Dampfsamnler 3 wird der'entstehende Dampf abgeleitet. In der Dampfleitung 4 können ein Absperrventil 5 und ein Sicherheitsventil 6 angeordnet werden. Die Dampfleitung 4 führt zu dem Konden-• sator 7- An diesem befindet sich ein Entlüftungsventil 8 und ein Sicherheitsventil 9. Über den Abfluß 10 fließt das Kondensat zu dem Kondensat-A solid storage tank contains double metal heating plates that form the steam generator 1 form. Water is fed to this through a drip water pipe 2, and the resulting steam is discharged via a steam collector 3. A shut-off valve 5 and a safety valve 6 can be arranged in the steam line 4. The steam line 4 leads to the condensation • Sator 7- On this there is a vent valve 8 and a safety valve 9. The condensate flows through the drain 10 to the condensate

sammler 11 und aus diesem gelangt es über die. Leitung 12 zu einem Unterdruckregler 13 und weiter in den Zufluß 14 wieder zu dem Dampferzeuger In dem Zufluß 14 befindet sich ein weiteres Absperrventil 15.collector 11 and from this it arrives via the. Line 12 to a vacuum regulator 13 and further into the inflow 14 again to the steam generator. In the inflow 14 there is a further shut-off valve 15.

Von dem Sekundärkreislauf, der beispielsweise ein Zentralheizungssystem sein kann, sind nur die Rücklaufleitung 21 und die Vorlaufleitung 22 an dem Kondensator 7 dargestellt.From the secondary circuit, for example a central heating system can be, only the return line 21 and the flow line 22 are on the capacitor 7 shown.

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Im normalen Betrieb fließt das Kondensat durch natürliches Gefälle aus dem Kondensator 7 zu dem Unterdruckregler 13 und weiter zu dem Dampferzeuger 1, wobei der Regler 13 nur soviel Kondensatwasser durchfließen läßt, wie notwendig ist, in dem Primärkreislauf einen bestimmten, durchIn normal operation, the condensate flows out through a natural gradient the condenser 7 to the vacuum regulator 13 and further to the steam generator 1, the controller 13 only allowing as much condensate water to flow through as is necessary, through a specific one in the primary circuit

.'0 das Verdampfen und Kondensieren entstehenden Unterdruck aufrechtzuerhalten. Hierdurch wird zugleich die jeweils aus dem Feststoffspeicher zu entnehmende Wärmemenge geregelt. Nimmt das Sekundärsystem nur wenig Wärme ab, läßt der Regler 13 auch nur wenig Wasser zum Verdampfen nach— fließen. Die in diesem Fall nicht benötigte Kondensatmenge staut sich.'0 to maintain the evaporation and condensation resulting negative pressure. In this way, each of the solid storage tanks is closed at the same time the amount of heat drawn is regulated. If the secondary system takes only a little heat, the controller 13 also only lets in a little water for evaporation. flow. The amount of condensate that is not required in this case accumulates

Z5 vor dem Regler 13· ' Z5 in front of the controller 13 '

Falls bei ungenügender Wärmeabnahme z. B. bei Stillstand des Sekundärkreislaufs der Regler 13 nicht dicht schließt, würde laufend weiteres Wasser in den Dampferzeuger 1 gelangen, der Dampf könnte den im Kondensator 7 befindlichen Teil des Sekundärkreislaufs stark erhitzen, so daß nur noch eine unzureichende Kondensation stattfindet, und das Entstehen von überhitztem Dampf mit hohem Druck wäre nicht auszuschließen. Damit dieser für Primär- und Sekundärkreislauf gefährliche Fall nicht eintreten kann, sind der erfindungsgemäß neigbare Kondensatsammler und vorzugs-If there is insufficient heat consumption z. B. when the secondary circuit comes to a standstill the regulator 13 does not close tightly, more water would continuously get into the steam generator 1, the steam could the in the condenser 7 located part of the secondary circuit, so that only insufficient condensation takes place, and the formation superheated steam at high pressure cannot be ruled out. So that this dangerous situation for the primary and secondary circuit does not occur can, are the inclinable condensate collector according to the invention and preferably

:5 weise außerdem auch das vorstehend genannte sekundärseitige Volumen des: 5 also show the above-mentioned secondary-side volume of the

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Kondensators 7 vorgesehen. Durch das im Fall ungenügender Wärmeabnahme erfolgende Neigen des Kondensatsarrmlers 11 wird das Kondensat auch bei nicht einwandfrei funktionierendem Unterdruckregler 13 zurückgehalten.Capacitor 7 is provided. By doing this in the event of insufficient heat consumption inclining the condensate arrester 11, the condensate is also at improperly functioning vacuum regulator 13 withheld.

Der Kondensatsammler ist um ein Lager 16 aus seiner normalerweise horizontalen Lage neigbar, so daß in ihm eine Kondensatmenge verbleiben kann, die mindestens der gesamten im Primärkreislauf möglichen Wassermenge entspricht. Der Zulauf zum Kondensatsammler 11 erfolgt über eine flexible Rohrleitung 10a, der Ablauf über eine weitere flexible Rohrleitung 12a.The condensate collector is around a bearing 16 from its normally horizontal position The position can be inclined so that an amount of condensate can remain in it which is at least the total amount of water possible in the primary circuit is equivalent to. The inlet to the condensate collector 11 is via a flexible one Pipeline 10a, the drain via a further flexible pipeline 12a.

Zum Zurückhalten des Kondensats wird das Ablaufende durch einen Hubmotor 17 angehoben, so daß sich das Kondensat unterhalb des Ablaufendes sammelt. Der Hubmotor wird von einer elektrischen Schaltungseinrichtung 18 betätigt, die z. B. auf Meßwerte von Meßeinrichtungen 19,20 an den -Leitungen 21, 22 des Sekundärkreislaufs anspricht. Die Meßwerte können einen Differenzdruck angeben, der eine Strömung des Sekundärkreislaufs durch den Kondensator 7 oder einen Stillstand bezeichnet. Auch die Temperaturen an den Meßstellen 19, 20 können, gegebenenfalls auch zusätzlich zur Steuerung des Hubmotors dienen.To hold back the condensate, the end of the drain is controlled by a lifting motor 17 raised so that the condensate collects below the drain end. The lifting motor is controlled by an electrical circuit device 18 operated, the z. B. on measured values from measuring devices 19.20 on the lines 21, 22 of the secondary circuit responds. The measured values can indicate a differential pressure that a flow of the secondary circuit through denotes the capacitor 7 or a standstill. The temperatures at the measuring points 19, 20 can also be used, possibly in addition to the control of the lifting motor.

Das Volumen eines solchen Primärkreislaufs ist verhältnismäßig klein und beträgt je nach der Länge der Rohrleitungen bei beispielsweise zwei Doppelheizplatten mit Seitenflächen von 1000 χ 1000 mm nur etwa 0,03 bisThe volume of such a primary circuit is relatively small and is, for example, two, depending on the length of the pipelines Double heating plates with side surfaces of 1000 χ 1000 mm only about 0.03 to

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0,04 m und wird mit ca. 0,0015 nr Wasser (kalt) gefüllt. Der Kondensatsammler 11 braucht daher ebenfalls-nur ein kleines Volumen zu besitzen, und ein mittig gelagertes Rohr von 100 mm Durchmesser und 1000 mm Länge,— dessen eines Ende um ca. 60 mm anhebbar ist, reicht schon aus, um zu verhindern, daß die vollständige Verdampfung dieser, geringen Wassermenge, . der ein Volumen von ca. 2,4 m Sattdampf entspricht, zu einer unzulässigen Drucksteigerung im Primärkreislauf führen kann.0.04 m and is filled with approx. 0.0015 nr water (cold). The condensate collector 11 therefore also needs-only to have a small volume, and a centrally mounted pipe of 100 mm diameter and 1000 mm length, one end of which can be raised by approx. 60 mm is sufficient to prevent the complete evaporation of this small amount of water,. which corresponds to a volume of approx. 2.4 m of saturated steam becomes an impermissible one Can lead to an increase in pressure in the primary circuit.

Zweckmäßigerweise hält der Hubmotor 17 den Kondensatsammler 11 während des normalen Betriebes in der horizontalen Durchflußstellung fest und kippt ihn bei notwendiger Unterbrechung des Primärkreislaufs in die geneigte Stellung, die in der Zeichnung strichpunktiert dargestellt und mit 11' bezeichnet ist. Damit auch bei Stromausfall am Hubmotor 17 der Primärkreislauf unterbrochen wird, ist eine Zugfeder 23 vorgesehen, die in diesem Fall den Kondensatsammler kippt.The lifting motor 17 expediently holds the condensate collector 11 during of normal operation in the horizontal flow position and tilts it in the inclined position if the primary circuit is interrupted Position which is shown in phantom in the drawing and denoted by 11 '. This means that the primary circuit also operates in the event of a power failure on the lifting motor 17 is interrupted, a tension spring 23 is provided, which tilts the condensate collector in this case.

Der Primärkreislauf kann über ein Ventil 24 und eine Leitung 25 an die Ableitung 10 vom Kondensator 7 gefüllt und über eine hitzefeste Leitung 26 mit einem Ablaßventil 27 entleert werden. Nach dem erstmaligen Einfüllen von einer bestimmten Menge Wasser und dem Beginn der Dampferzeugung wird aus dem Primärkreislauf über das Entlüftungsventil 8 die Luft abgelassen. Die Sicherheitsventile 6 und 9 dienen nur dazu, einen sich bei Inbetriebnahme oder während des Betriebes beispielsweise infolge
einer zu großen Wassermenge allmählich einstellenden überdruck auszugleichen. Die Absperrventile 15 und 5 sind zweckmäßig, um bei längeren Betriebsunterbrechungen oder bei Wartungsarbeiten den Kreislauf abstellen zu können.The primary circuit can be filled via a valve 24 and a line 25 to the discharge line 10 from the condenser 7 and emptied via a heat-resistant line 26 with a drain valve 27. After a certain amount of water has been filled in for the first time and steam generation has started, the air is released from the primary circuit via the vent valve 8. The safety valves 6 and 9 only serve to prevent a shutdown when starting up or during operation, for example as a result
to compensate for an excessively large amount of water that gradually sets in. The shut-off valves 15 and 5 are useful in order to be able to turn off the circuit in the event of longer interruptions in operation or during maintenance work.

Claims

HOWALDTSWERKE - DEUTSCHE WERFT: - "." AKTiEKSESE-LLSCHAFT 'HAMBURG UND KIEL

Storage heating system Patent application

(1. I storage heating system, consisting of a heat storage tank and a Steam-water primary circuit with a steam generator in the heat accumulator, with a condenser in which a heat transfer to a secondary circuit takes place and with a regulator for the flow of condensed water to the steam generator, characterized in that in A condensate collector (11) is arranged in the primary circuit between the condenser (7) and the steam generator (1) and is designed in this way is that it can hold back the resulting condensate for a longer period of time.

2. storage heating, sjy | ptem according to claim 1, characterized in that the condensate collector (11) as a horizontal, for collecting a larger one Condensate volume formed tiltable pipe and flexible pipes (10a, 12a) with adjacent parts (10,12) of the primary system connected is.

3- Storage heating system according to claim 2, characterized in that the condensate collector (11) is connected to a lifting motor (17) and can be tilted by this into a position in which no condensate can flow out of the condensate collector.

4. Storage heating system according to claim 3, characterized in that the condensate collector (11) is dimensioned so that it is in an inclined position take up all the water in the primary circuit and thereby interrupt the further flow of water to the steam generator (1) can.

5- storage heating system according to one of claims 2 to U, characterized in that that the lifting motor (17) is connected to measuring devices (19, 20) on the secondary circuit through the capacitor (7) and is actuated by this to tilt the condensate collector (11), as long as the heat removal through the secondary circuit is insufficient is.

6. Storage heating system according to claim 5, characterized in that Measuring devices (19, 20) are used which, if there is no or too little flow in the secondary circuit, via a switching device (18) operate the lifting motor (17) to tilt the condensate collector.

7 · Storage heating system according to one of claims 1 to 6, characterized in that ' that in the condenser (7) de.r water content of the secondary system corresponds at least to the amount of water that is required during heating this amount of water at 95 ° C can absorb the maximum amount of heat possible when condensing the total in the primary circuit Amount of steam can be released.

8. Storage heating system according to one of claims 2 to 7 ,. characterized, that on the condensate collector (11) constantly a him in an inclined position rotating force or spring (23) engages and the lifting motor (17) is designed and connected to the condensate collector (11) against this force under normal operating conditions can hold in a horizontal position.

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