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Verfahren zum Speichern und Ausnutzen elektrisch erzeugter Wärme Bei
derjenigen Gruppe von Verfahren und Vorrichtungen zur Speicherung und Ausnutzung
elektrisch erzeugter Wärme, bei welcher die gespeicherte Wärme in besonderen Wärmeverbrauchsvorrichtungen
zur Verwertung gelangt, sind die als Wärmespeicher dienenden und den Kern der Speichervorrichtung
bildenden Dampfkessel, Warmwasserbehälter oder auch Körper aus Material mit großem
Wärmeaufnahmevermögen, wie Eisen, Speckstein o. dgl., bisher mit starken wärmeisolierenden
Schichten umkleidet worden, um einen möglichst geringen Teil der in den genannten
Speicherkörpern mittels elektrischer Heizeinrichtung erzeugten Wärme an die Umgebung
zu verlieren. Dabei wird gewöhnlich die Wärme aus dem Kern, der in allen seinen
Teilen meist annähernd die gleiche Temperatur aufweist, mittels Rohrleitungen oder
Kanälen und darin in Bewegung gesetzten Gasen oder Flüssigkeiten herausgeholt und
zu den Wärmeverbrauchsvorrichtungen geführt. Durch die Isolierhülle strömt dabei
sowohl während des Aufheizens wie auch während der Wärmeentnahme dauernd Wärme in
die Umgebung ab, die für die Verwertung verlorengeht und deren Menge je nach der
Temperaturdifferenz zwischen Spewcherkern und Umgebung nasch der isolierenden Wirkung
der Hülle und nach der Wärmesättigung der letzteren schwankt.
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Um diesen Wärmeverlust mindestens teilweise zu verhüten, wird gemäß
der Erfindung das zur Wärmeüberführung dienende Mittel von allen Seiten her durch
eine für das Mittel durchlässige und mindestens teilweise zur Wärmespeicherung dienende
Isolierhülle hindurch entgegen der Richtung des Wärmeverluststromes und sodann durch
die Wärmeverbrauchsvorrichtungen geführt. Damit das wärmeübertragende Mittel mit
möglichst geringer Temperatur an die Isolierhülle zurückkehrt, werden die Wärmeverbrauchsvorrichtungen
zweckmäßig in der Reihenfolge der von ihnen benötigten höchsten bis zur niedrigsten
Temperatur in den Kreislauf des strömenden, wärmeübertragenden Mittels eingeschaltet,
wobei die in einer oder mehreren Wärmeverbrauchsvorrichtungen zu erwärmenden Mittel
im Gegenstrom zum wärmeübertragenden Mittel liegen. Die Gegenstromanordnung im Kreislauf
ist in der Wärmetechnik altbekannt und wird daher in der Erfindung nicht an sich,
sondern nur in Verbindung mit dem für das umlaufende Mittel durchlässigen Wärmespeicher
als neu
beansprucht. Die erwähnte Isolierhülle mit äußerer allseitiger
Zuleitung und innerer Ableitung für das wärmeübertragende Mittel umschließt mindestens
einen verhältnismäßig kleinen, aus gut speicherndem Material bestehenden Kern, der
die zu speichernde Wärme höchstens teilweise aufnehmen kann und eine elektrische
Heizvorrichtung enthält.
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Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur
Ausübung des den Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahrens dar, und zwar zeigt
Abb. i eineix senkrechten Schnitt nach Lilie I-II der Abb. z und ` Abb. a einen
horizontalen Querschnitt dieser Vorrichtung.
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Abb.3 zeigt die Vorrichtung in Verbindung mit einer Kochplatte bei
diagonalem Gasdurchtritt im senkrechten Diagonalschnitt nach der Linie I-II der
Abb. q., Abb. q. einen waagerechten Querschnitt der Abb. 3 und Abb. 5 und 6 zwei
Ausführungsformen der Segmente und ihrer Wärmeleitung untereinander und mit der
Kochplatte.
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Die mittels der elektrischen Heizvorrichtung A erzeugte Wärme wird
teils im Speicherkern B, teils in der gas- oder flüssigkeitsdurchlässigen Isolierhülle
G gespeichert. Der Speicherkern B ist verhältnismäßig klein, so daß er höchstens
einen Teil der zu speichernden Wärme aufnehmen kann. Er besteht aus wärmespeichernder
Masse, wie z. B. Speckstein, Gußeisen, Wasser usw., und kann auch als Sammelraum
für das von allen Seiten her durch die Isolierhülle einströmende Mittel ausgestaltet
werden. Die Isolierhülle C kann aus- einem porösen Körper, aus geschichteten Platten
oder aber aus losem Sand von Ziegeln o. dgl. bestehen, wobei die äußere Form durch
einen Siebmantel gewahrt wird. D, D sind der Sammelraum und die
Ab-
leitungskanäle, durch welche das Gas oder die Flüssigkeit nachDurchdringen
.der Isolierhülle zu den Wärmeverbrauchsvorrichtungen E und F gelangt. E stellt
beispielsweise eine Koch- und Bratplatte, F die weniger hohe Temperatur benötigende
Warmwasserbereitungsanlage mit Wasserkreislauf dar. Diese letztere wird von dem
Wärmeübertragungsmittel nach dem Gegenstromprinzip bestrichen, und somit gelangt
das bewegte Mittel mit niedriger Temperatur mittels der Fördereinrichtung G in den
die Isolierhülle C umgebenden, durch die Ummantelung H gebildeten geschlossenen
Raum J und von diesem aus praktisch durch die ganze Oberfläche der Isolierhülle
C im Kreislauf .in diese zurück. Die Temperatur, mit der das Medium an die Außenfläche
der Isolierhülle C gelangt, ist niedrig, wenn z. B. frische Luft oder frisches Wasser
durch die Hülle C gesaugt oder gedrückt wird. Sie ist ebenfalls niedrig, wenn das
Medium durch Wärmeverbrauchsvorrichtungen geführt wird, die mit ihm im Gegenstrom
liegen. Die Wärmeverluste sind um so geringer, j e niedriger die Temperatur des
von außen her an die Isolierhülle gelangenden und in diese eindringenden Mediums
ist. Denn am Schluß einer Periode der Wärmeentnahme ist die Hülle C bis tief gegen
den Kern hinein entladen, so daß die vom Kern weg auswärts strömende Wärme zunächst
die Hülle wieder sättigen muß, bevor an der Außenseite der letzteren eine nennenswerte,
Wärmeverluste verursachende Temperatur auftreten kann. Die Umlaufgeschwindigkeit
der Gas- oder Flüssigkeitsmenge ist durch Klappen oder Schieber in den Kanälen oder
durch Tourenregulierung der Fördereinrichtung regulierbar. Diese Regulierbarkeit
ist eine vollkommene, d. h. eine von o bis zu einem bestimmten Maximum reichende.
Die Ableitung des wärmeübertragenden Mittels aus dem Sammelraum und seine Zuleitung
zu verschiedenen voneinander unabhängigen Wärmeverbrauchsvorrichtungen kann ohne
weiteres auch in voneinander unabhängigen und je für sich regulierbaren Zweigen
vor sich gehen. Die Förderung kann eine mechanische sein oder auf Temperaturunterschieden
des Mittels beruhen.
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Die Isolierhülle kann auch in übereinanderliegende, voneinander unabhängige
Isolierhüllen unterteilt und jede dieser Teilisolierhüllen mit äußerer Zu- und innerer
Ableitung für ein bewegtes Mittel versehen werden,- wobei mindestens die innerste
Isolierhülle elektrische Heizungseinrichtungen erhält, und jede der konzentrischen,
wärmespeichernden und isolierenden Schichten, unabhängig von den anderen, zusammen
mit einer oder mehreren Wärmeverbrauchsvorr ichtungen betrieben wird. So kann z.
B. die innere Vorrichtung zur Dampferzeugung und eine äußere, d. h. eine die innere
umschließende, zum Speisewasservorwärmen benutzt werden.
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Wird als wärmeübertragendes Mittel Luft gewählt, so kann der allgemeine
Luftraum ohne weiteres in den Kreislauf eingeschaltetwerden, indem ihm die zu bewegende
Luftmenge entnommen und diese durch die Isolierhülle sowie die übrigen Vorrichtungen
in der geschilderten Richtung geführt wird, wenn auf Rückführung der Wärmereste
in der Luft, welche nach ihrem Austritt aus der letzten Wärmeverbrauchsvorrichtung
noch in ihr vorhanden sind; verzichtet wird oder diese Wärmereste mittels eines
Schornsteines zur Bewegung der Luft benutzt werden. -Bei Anwendung des Speicherverfahrens-auf
Kochherde gibt die dünne, durch das Unilaufende erhitzte Gas beheizte Kochplatte
E
nach Abb. 5 nur dann eine genügende Wärmemenge an die aufgestellte
Pfanne ab, wenn das die Unterseite der Kochplatte bestreichende Gas eine sehr hohe
Temperatur hat. Diese hohe Gastemperatur verursacht bedeutende Wärmeverluste des
Speichers.
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Um diese Nachteile zu beheben, werden gemäß den in den Abb. 3 bis
6 dargestellten Ausführungsbeispielen in für Wärmeaustauschapparate, z. B. Flüssigkeitserhitzer,
an sich bekannter Weise im gesamten Ouerschnitt des Gasstromes unter' der Kochplatte
verteilt Metallsegmente mit besonders großer Oberfläche angeordnet, die alle metallische
Wärmeableitung an die Kochplattenunterseite haben und deren Zahl, Oberfläche und
Materialstärke in der Richtung des Gasstromes und quer zu derselben unter der Kochplatte
derart verteilt ist, daß eine annähernd gleichmäßige oder auch beliebig geregelte
Wärmeabgabe der Kochplattenoberseite an die aufgestellte Pfanne stattfindet, obwohl
natürlich das eintretende erhitzte Gas eine höhere Temperatur hat als nach seiner
Wärmeabgabe das austretende. Durch die sehr große Oberfläche aTIer Se;-nente und
die metallische Leitung der Segmente nach der Kochplatte wird auch bei verhältnismäßig
niedrigen Gastemperaturen ein großer Wärmeübergang vom Gas an die Segmente und von
diesen an die Kochplatte und die aufgestellte Pfanne erzielt. Die metallische Wärmeleitung
von den Segmenten nach der Kochplatte läßt sich derart ausgestalten. daß trotz verschiedener
Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien der Segmente und der Kochplatte keine
die Festigkeit und das Geradebleiben der Platte beeinträchtigenden Spannungen entstehen.
Die Anordnung der Segmente kann für radialen oder diagonalen Gasdurchtritt, bezogen
auf die Kochplatte, getroffen werden. Die Gleichmäßigkeit der Wärmeabgabe kann durch
metallische Niederschläge auf der Kochplattenunterseite oder durch ihr angepaßte
Bleche aus Kupfer o. dgl. verbessert werden.
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Durch Anordnung der bekannten Rippen an der Herdplatte konnten die
Wärmeverluste bzw. die hohe Gastemperatur nur ungenügend herabgemindert werden,
da es praktisch unmöglich ist, solchen Rippenkörpern die für die vorliegenden Zwecke
erforderliche fünfzig und mehrfache Oberfläche zu geben und zugleich den Erfordernissen
bezüglich geringen Gewichts, Regulierfähigkeit, Anheizdauer. Remanenzwärme, Oberfläche
und Wärmeableitungsquerschnitt in den verschiedenen Temperaturzonen sowie einer
geregelten Wärmeabgabe der Kochplattenoberfläche gerecht zu werden.
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Das erhitzte Gas tritt durch die Öffnung h in die allseitig dicht
geschlossene Vorrichtung, bestehend aus der Kochplatte E, auf welche die Pfanne
zu stehen kommt, den Segmenten L, der dichten Ummantelung Ji und der Bodenplatte
N und verläßt sie nach Abgabe von Wärtne durch das Regulierorgan O und en Kanal
P. Q ist ein der Plattenunterseite angepaßtes '\@,'ärmeausgleichblech bzw. ein metallischer
:,Niederschlag auf derselben. Wie in Abb..i angedeutet, nimmt die Anzahl der Segmente,
auf eine bestimmte Sehnenlänge bezogen, von der Eintrittseite der Gase gegen den
Außlaß hin zu in Anpassung an die Abnahme der Gastemperatur. Durch Änderung der
Anzahl der Segmente der einzelnen Gruppen läßt sich die Wärmeabgabe an verschiedenen
Stellen der Kochplatte E regeln.
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Als Segmente finden dünne, geradfiächige und gewellte Metallstreifen,
feine glatte oder längs- oder quergewellte Metallhülsen, Metallspäne oder Metallwolle
aus Kupfer o. dgl., die dem Gasstrom den Durchtritt gestatten, Verwendung. Sie weisen
eine Gesamtoberfläche auf; die bis das Fünfzig- und noch Mehrfache der Oberfläche
der liochplatte beträgt. Die Kontaktflächen zwischen der Kochplatte und den Segmenten
können durch Anbringen von Rippen oder Nuten auf der Kochplattenunterseite vergrößert
werden.
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Abb.5 zeigt beispielsweise in größerem Maßstabe, im Schnitt senkrecht
zum Gasstrom, Segmente aus geradflächigen und gewellten Metallstreifen R, wobei
durch die gewellten Streifen zugleich ein einwandfreier Gasdurchtritt gewahrt bleibt.
Die Metallstreifen sind zum Teil in '_\ Uten S der Kochplatte eingepaßt und können
hier auch verlötet werden. Auf diese Weise wird eine derartige metallische Wärmeleitung
von den Segmenten nach der Kochplatte hin bewirkt, daß trotz verschiedener Wärmeausdehnungskoeffizienten
der Materialien der Segmente und der Kochplatte keine die Festigkeit und das Geradebleiben
der Platte beeinträchtigenden Spannungen entstehen; statt senkrecht, wie gezeichnet,
können die Metallstreifen R zur Kochplatte E auch waagerecht angeordnet werden.
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Abb. 6 zeigt beispielsweise in größerem Maßstabe im Schnitt senkrecht
zum Gasstrom die Verwendung von Metallhülsen T für die Segmente, die zwischen die
Kochplatte E und die Bodenplatte AF derart eingeschichtet sind, daß ihre Achse in
die Stromrichtuhg des Gases fällt. Auch bei dieser Art der Wärmeleitung von den
Segmenten zur Kochplatte entstehen trotz Verschiedenheit der beiderseitigen Wärmeausdehnungskoeffi-
; zienten keine schädlichen Spannungen. U sind Ansätze an der Kochplattenunterseite
zur
Vergrößerung der Kontaktflächen. Der gute Kontakt zwischen den
Segmenten unter sich und mit der Kochplatte zur Herstellung der metallischen Wärmeableitung
wird durch das Eigengewicht der Kochplatte und der aufge= setzten Pfanne oder durch
eine Spannvorrichtung, die die Bodenplatte N und die Kochplatte E gegeneinanderdrückt,
bewirkt. Statt der Metallhülsen können auch Metallspäne oder Metallwolle eingefüllt
werden.