DE3424298A1 - Speicherheizung - Google Patents

Description

DiPL.-PHYS. DR. WALTHtR JUNIUS ^Hannover

WOLFSTRASSE 24 · TELEFON (05 11) 83 45 30 ^ Jxjni 1984

- H - . Meine Akte : 836

Dieter Kronauer, Hellendorfer Weg 20, 3002 Wedemark

Speicherheizung

Die Erfindung "betrifft eine Speicherheizung, bestehend aus mindestens einem Speicherelement und mindestens einem Gebläse.

Bekannt sind Nachtspeicheröfen, die aus elektrischen Heizelementen, von diesen erwärmten Steinen als Speicherelementen, einer Wärmeisolierung, einem Gehäuse und einem Gebläse bestehen, durch das Luft des zu beheizenden Raumes durch einen Lufteinlaß angesaugt, an den erwärmten Steinen vorbeigeleitet und erwärmt durch einen Luftauslaß wieder in den zu erwärmenden Raum herausgelassen wird. Diese Nachtspeicheröfen nutzen billigen Nachtstrom und geben die Wärme am Tage ab. Ihre Speicherfähigkeit ist begrenzt, denn noch so dicke Isolierung vermögen die Auskühlung der erwärmten Steine nicht zu verhindern.

"Andere Arten der Speicherung von erwärmtem Wasser oder anderen flüssigkeiten haben sich als derart unwirtschaftlich erwiesen, daß sie in die Beheizungstechnik keinen Eingang gefunden haben.

'Von dem physikalischen Phänomen, daß bei Verdunstung Wärme aufgenommen, bei der Kondensation Wärme abgegeben,

"bei der Absorption von Feuchtigkeit Wärme abgegeben und bei der Entfeuchtung Wanne aufgenommen wird, macht man in- der Technik der Beheizung von Räumen, Häusern, Fabrik- und Verwaltungsgebäuden keinen Gebrauch, obwohl dieses Phänomen seit langem bekannt ist.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine einfach aufgebaute Speicherheizung zu schaffen, die mit allen möglichen billigen Wärmequellen zu speisen ist, langzeitig ohne Wärme Verluste zu speichern imstande ist und deren entleerte Speicher leicht zu regenerieren sind.

Die Erfindung besteht darin, daß das Speicherelement ein Adsorber in Form eines G-efäßes ist, in dem sich ein Feuchtigkeit aus luft adsorbierendes tfeterial befindet und daß dieser Adsorber in zwei Rohrleitungskreise geschaltet ist, einen Rohrleitungskreis für den Heizbetrieb mit einem Lufteinlaß und einem Luftbefeuchter vor dem Adsorber und einem Luftauslaß in den zu beheizenden Raum sowie einem Gebläse, und einem zweiten Rohrleitungskreis für die Regenerierung, mit einem Lufterhitzer, einer Kondensiervorrichtung und ebenfalls einem Gebläse, wobei in den Rohrleitungskreisen Ventile angeordnet sind, die entweder den einen oder den anderen Rohrleitungskreis an den Adsorber schalten.

Diese Speicherheizung benutzt als Speicher ein Material, das aus Luft Feuchtigkeit adsorbiert und dabei Wärme abgibt, wie z.B. Alumosilikat Al₂O, + SiO₂, und das nach Feuchtigkeitsaufnahme durch trockene Warmluft problemlos und schnell wieder regenerierbar ist. Ein erster Rohrleitungskreis dient der Raumbeheizung, ein zweiter der Regenerierung. Im ersten, der Beheizung dienenden Rohrleitungskreis ist ein Luftbefeuchter, vorzugsweise ein Luftwäscher, angeordnet, der der zu erwärmenden Luft

die für deren Erwärmung erforderliche Feuchtigkeit vermittelt* Ein derartiger Luftwäscher reinigt dio Luft gleichzeitig*—ΐΐη zweiten Rohrleitungskreis kann die Lufterwärmungsvorrichtung mit verschiedenen Wärmequellen "betrieben werden, so diese die Luft auf etwa 60° erwärmen. Es kann Abfallwärme aus Industriebetrieben und Kraftwerken verwendet werden, die sonst oft in Kühlern vernichtet wird. Es kann Macht strom verwendet werden.

Dabei ist der apparative Aufwand relativ gering. Die Gefäße für das. Feuchtigkeit absorbierende Ifeterial können von sehr einfacher Bauart sein, ebenso die Lufterwärmungsund Kondensationsvorrichtung. Die übrigen Bauteile sind in Großserien hergestellte billige Gegenstände, die Ventile z.B., Schieber oder Luftklappen.

Bei der Speicherung geht Wärme nur in äußerst geringem IBafang verloren. Denn im Speichermaterial wird die Wärme erst durch den Zutritt von Feuchtigkeit freigesetzt. Daher kann das Speichermaterial beliebig lange ohne Wärmeverlust gelagert werden, wenn nur der Zutritt von Feuchtigkeit verhindert wird.

Diese Vorteile verleihen dieser Speicherheizung eine ganz hervorragende Wirtschaftlichkeit.

Für einen einfachen apparativen Aufbau der Speicherheizung ist es vorteilhaft, wenn in beiden Rohrleitungskreisen ^μ und dasselbe Gebläse montiert ist, und wenn Ventile vorgesehen sind, mit denen das Gebläse in den einen oder den anderen Rohleitungskreis einschaltbar ist.

Dann ist für beide Rohleitungskreise nur ein Gebläse erforderlich.

pür eine ausreichende Wärmebevorratung ist es zweckmäßig, wenn mehrere Speicherelemente nebeneinander aufgestellt sind xaid~Vent±le vorgesehen sind, mit denen jeweils ein Speicher nach dem anderen in den ersten Rohrleitungskreis einschaltbar ist. Dieses ist für die Regenerierung und deren-"Wirtschaftlichkeit ebenfalls von Vorteil.

Da "billige Abfallwärmequellen meist ortsgebunden sind und sich an einem anderen Ort als die zu beheizenden Räume befinden, kann es zweckmäßig sein, wenn die Speicherelemente auf beweglichen Untersätzen montiert sind und die beiden Rohrleitungskreise räumlich entfernt voneinander angeordnet sind. So können z.B. die Gefäße mit Alumosilikat oder einem ähnlichen Material auf Anhängern von Lastwagen oder auf Sattelschleppanhängern oder auf Eisenbahnwaggons montiert sein und der zweite Rohrleitungskreis kann sich in einer entfernten Industrieanlage oder in einem entfernten Kraftwerk befinden. Yon hier aus werden die Gefäße bis zum ersten Rohrleitungskreis gefahren und dort an diesen angeschlossen. Das ist bei den heutigen Preisverhältnissen wirtschaftlich bis zu einer Entfernung von 60 km.

Stehen hingegen die Wärmequellen unmittelbar am Ort zur Verfügung oder wird mit Nachtstrom als Heizung gearbeitet, kann es zweckmäßig sein, wenn in jjedem Gefäß eines Speicherelementes auf einer Seite eine Beheizungsvorrichtung - vorzugsweise oben -, auf der gegenüberliegenden Seite eine Kondensationsvorrichtung vorzugsweise u&fcen - vorgesehen ist·

Vorteilhaft ist es, wenn die Kondensationsvorrichtung als Wärmetauseher ausgebildet ist. Die hier anfallende Wärme kann in verschiedener Weise genutzt werden.

Besonders zweckmäßig ist es jedoch, diese Wärme wieder zur Beheizung der dem Adsorber zuzuführenden Trocknungsluft zu benutzen* Das kann z.B. dadurch erfolgen, daß zwischen Kondensationsvorrichtung und Heizvorrichtung eines Speicherelementes eine Wärmepumpe geschaltet ist.

Vorteilhaft ist es, ä,en ersten Rohrleitungskreis in dem zu beheizenden Raum dadurch zu schließen, daß der Lufteinlaß des ersten Rohrleitungskreises im zu .beheizenden Raum angeordnet ist und in den zu beheizenden Raum über eine andere Anlage !frischluft zuzuführen und verbrauchte Luft abzuführen.

Zum Schutz der Anlage und des der luft Feuchtigkeit entziehenden Materials ist es zweckmäßig, wenn dem Lufteinlaß ein Luftfilter nachgeschaltet ist.

Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen im Blockschaltbild;

Fig. 1 eine mit Nachtstrom betriebene Anlage für eine Industriehallenbeheizung,

Pig, 2 eine ähnliche Anlage, bei der die Erhitzer und Kondensatoren im Adsorbergefäß untergebracht sind,

Hg. 3 eine mit Abfallwärme betriebene Anlage, deren erster Rohrleitungskreis in einem Verwaltungsgebäude und deren zweiter Rohrleitungskreis in einem entfernten Industriebetrieb befindlich ist, zwischen denen die Adsorber hin- und hergefahren werden.

In dem zu beheizenden Raum 1 befindet sich der Luftan-

saugstutzen 2 als Lufteinlaß in das erste Rohrsystem. Die hler angesaugte Luft wird in dem Rohr 3 durch, ein Luftfilter 4 und das Rohr 31 von dem Gebläse 5 gefördert und dann durch, das Rohr 32 in einen Haßwäscher 6 gedrückt und von dort über das Rohrstück 33 in die Adsorbergefäße 71,72,73 geleitet. In diesen "befindet sich, jeweils zwischen zwei gelochten Böden 74 ein Material 75, das der Luft feuchtigkeit entzieht und dabei die Luft erwärmt. Diese erwärmende Luft wird durch die Rohrleitung 8 und den Lufteinlaßstutzen 9 dem Raum 1 zugeführt.

Der erste Rohrleitungskreis besteht somit aus den Rohren 3,31,32,33 und 8, verläuft über die Adsorber 71,72,73 und durch das Filter 4, das Gebläse 5 und den Luftwäscher

Im Rohr 8 befindet sich das Ventil 9, z.B. ein Schieber oder eine Luftklappe, mit dem die Luftzufuhr zum Luftzufuhrstutzen 11 im Raum 1 unterbrochen werden kann. In dem Rohr 3 oder 31 kann sich ein weiteres Ventil 10 zur Abtrennung der Adsorber 71,72,73 von dem Raum 1 befinden. Diese Ventile 9,10 sind im Heizbetrieb geöffnet, im Regenerationsbetrieb geschlossen.

Die Regeneration erfolgt über einen zweiten Rohrleitungskreis mit den Rohren 12,13,14,15 sowie den zu den Adsorbern 71,72,73 führenden Rohren 32,33,8. In diesem Rohrleitungsstrang sind als wesentliche Bauteile eine mit Nachtstrom beheizte Lufterhitzungsvorrichtung 34 "und eine weitere und eine Kondensationsvorrichtung 17 eingebaut. Die Kondensationsvorrichtung 17 ist zweckmäßigerweise ein Wärmetauscher. Die hier der feuchten Luft entzogene Wärme kann z.B. über die Wärmepumpe 18 der Lufterhitzungsvorrichtung 16 zugeführt werden.

7 COPY

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Die Rohrleitung 15 ist vorgesehen, tun im Regenerationsbetrieb der Anlage den Luftwäscher zu umgehen. ·

Im zweiten Rohrleitungssystem sind zwei Ventile 19,20 vorgesehen, die im Regeneratinnsbetrieb geöffnet und im Heizbetrieb geschlossen sind. Diese Ventile 19,20 sowie das Rohrleitungsstück 15 ermöglichen es, einen !eil der Rohrleitungen 32,33,8 sowie das Gebläse 5 in beiden Rohrleitungskreisen gemeinsam zu benutzen.

Den Adsorbergefäßen 71,72,73 sind Ventile 21,22,23 zugeordnet, von denen jeweils eines nur geöffnet ist. Nach Leerung eines Adsorbers vom gespeicherten Wärmeinhalt wird dieses Ventil geschlossen und ein anderes geöffnet. ·

Die Anlage der Hg. 1 funktioniert folgendermaßen:

Durch das Gebläse 5 wird im Heizbetrieb Luft über den Lufteinlaß 2 aus dem Raum 1 und über das Filter 4 angesaugt und durch den Wäscher 6 als Luft befeuchtungsvorrichtung in die Adsorbergefäße 71 oder 72 oder 73 gedrückt. Hier in den Adsorbergefäßen 72,71,73 wird durch Luftentfeuchtung die Luft erwärmt. Die erwärmte Luft wird durch die Leitung 8 in den Luftauslaßstutzen 11 und damit in den Raum 1 geleitet. Dabei sind die Ventile 9,10 in den Leitungen 3,8 geöffnet. Die Ventile 19,20 des zweiten Rohrleitungskreises sind geschlossen. Von den Ventile 21,22,23 wird immer nur eines 21 geöffnet, bis der V/änaeinhalt einem Adsorber 71 entnommen ist, dann wird das nächste Ventil 22 geöffnet und dieses Ventil 21 geschlossen. Entsprechend wird nach Leerung des Adsorbers 72 mit dem Ventil 23 verfahren.

Pur die Regenerierung der Adsorber 71,72,73 werden die Ventile 9,10,24 geschlossen und die Ventile 19,20 geöffnet.

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Das G-ebläse 5 wälzt nunmehr Luft durch den zweiten Rohrleitungskreis 33,15,14,13,12,8 um. Die in den Lufterhitzern 16,34 erhitzte trockene Luft streicht durch einen der Adsorber 71,72,73 und nimmt Feuchtigkeit auf. Diese feuchte Luft wird der Kondensationsvorrichtung 17 zugeführt. Dort wird sie gekühlt und dort wird ihr die Feuchtigkeit entzogen. Durch den Kanal 13 gelangt dann die abgekühlte trockene Luft in die LufterhitzungsYorrichtung 34 und 16 und strömt dann weiter wieder in den Adsorber 71 und setzt den Kreislauf fort.

Nach Regeneration des ersten Adsorbers 71 wird dann auf den zweiten Adsorber 72,danach auf den nächsten Adsorber 73 umgeschaltet.

Zur Erzeugung der notwendigen Abkühlung in der Kondensierungsvorrichtung 17 und der notwendigen Erhitzung des Lufterhitzers 16 dient eine Wärmepumpe bzw. Kältemaschine 18, die in der Kondensatiölvorrichtung 17 der umgewälzten Luft entzogene Wärme der Lufterhitzungsvorrichtung 16 zuführt.

Die Anlage der Fig. 2 unterscheidet sich von der der Fig. 1 dadurch, daß in jedem Adsorbergefäß oben die Luft erhitzungsvorrichtung 16 und unten die Kondensationsvorrichtung 17 angeordnet ist. Dadurch tritt anstelle des Rohrleitungszweiges 12,13,14 die Leitung 28. Eine derartige Anlage arbeitet vornehmlich mit Nachtstrom und weist zusätzliche Beheizungsvorrichtungen 26 -auf.

Die Anlage der Fig. 3 weist den ersten Rohrleitungskreis I an einem anderen Ort als den Rohrleitungskreis II auf. Zwischen beiden Kreisen werden die auf Sattelzuganhänger 25 montierten Adsorbergefäße 71,72,73 zwischen den Kreisen

I -und II hin- und hergefahren, von Kreis II nach Kreis I mit ge tr ο dme tem Material und somit wärmebeladen, von Kreis I nach Kreis II mit nassem Adsorbermaterial nach Abgabe der latenten 'Wärme. Zur Erleichterung der Arbeiten des Anschließens der Adsorber 71,72,73 an die Kreise I und II sind in jedem Kreis mindestens zwei Ansehlußstationen 27,28 und 29,30 vorgesehen.

Diese Anlage arbeitet ähnlich wie die in Pig. 1, 3"edoch können Heizungsbetrieb und Regenerierung gleichmäßig und unabhängig voneinander erfolgen.

Claims (1)

1. Ansprüche :

   ίΐ.) Speicherheizung, "bestehend aus mindestens einem Speicherelement und mindestens einem Gebläse, dadurch gekennzeichnet,

   daß das Speicherelement (71,72,73) ein Adsorber in Form eines Gefäßes ist, in dem sich ein Feuchtigkeit aus luft adsorbierendes Material befindet, und daß dieser Adsorber (71,72,73) in zwei Rohrleitungskreise geschaltet ist,

   einen Rohrleitungskreis für den Heizbetrieb, mit einem Lufteinlaß (2) und einem luftbefeuchter (6) vor dem Adsorber (71,72,73) und einem Luftauslaß (11) in den zu beheizenden Raum (1) sowie einem Gebläse (5),

   und einem zweiten Rohrleitungskreis für die Regenerie- i rung mit einem Lufterhitzer (16), einer Kondensiervorrichtung (17) und ebenfalls einem Gebläse (5), wobei in den Rohrleitungskreisen Ventile (9,10,19,20,34) angeordnet sind, die entweder den einen oder den anderen Rohrleitungskreis an den Adsorber schalten.

   2, Speicherheizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Befeuchtungsvorrichtung (6) ein Luftwäscher ist.

   3. Speicherheizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß in beiden Rohrleitungskreisen ein und dasselbe Gebläse (5) montiert ist,

   und daß Ventile (9,10,19,20,34) vorgesehen sind* mit denen das Gebläse (5) in den einen oder den anderen Rohrleitungskreis einschaltbar ist.

   4. Speicherheizung nach Anspruch 1, " dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Speicherelemente (71,72,73) nebeneinander aufgestellt sind und Ventile (21,22,23) vorgesehen sind, mit denen jeweils ein Speicher (71,72, 73) nach dem anderen in den ersten Rohrleitungskreis (I) einschaltbar ist.

   5. Speicherheizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherlemente (71,72,73) auf beweglichen Untersätzen (25) montiert sind und die beiden Rohrleitungskreise (i,II) räumlich entfernt voneinander angeordnet sind.

   6. Speicherheizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Gefäß (71,72,73) eines Speicherelementes auf einer Seite eine Beheizungsvorrichtung (16) - vorzugsweise oben -, auf der gegenüberliegenden Seite eine Eondensationsvorrichtung (17) - vorzugsweise unten - vorgesehen ist.

   7. Speicherheizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensationsvorrichtung (17) als Wärmetauscher ausgebildet ist.

   8. Speicherheizung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kondensationsvorrichtung (17) und Heizvorrichtung (16) eines Speicherelementes (71,72,73) eine Wärmepumpe (18) geschaltet ist.

   9. Speicherheizung nach Anspruch 1, - dadurch gekennzeichnet, daß der Lufteinlaß (2) des ersten Rohrleitungskreises im zu "beheizenden Raum (1) angeordnet ist,

   10. Speicherheizung nach Anspruch. 1, . dadurch gekennzeichnet, daß dem Lufteinlaß (2) ein luftfilter (4) nachgeschaltet ist·

   GOPfJ I