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Elektrischer Ofen mit Wärmespeicher für Raumbeheizung Die elektrisch
beheizten Öfen geben bekanntlich die ihnen zugeführte Wärme entweder sofort wieder,
vorzugsweise durch Strahlung, ab, oder sie speichern die Wärme zunächst auf und
geben sie dann langsam ab. Die letztere Art der Öfen, die allgemein unter der Bezeichnung
Speicheröfen bekanntgeworden sind, weisen gegenüber den zuerst erwähnten Strahlöfen
den Vorteil auf, daß sie mit billigem Nachtstrom aufgeladen werden können.
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Die bisher benutzten Speicheröfen besitzen jedoch einen komplizierten
Aufbau, wodurch das Wärmespeichervermögen ungünstig beeinfiußt wird. Die Wärmeverluste
werden daher groß, und die Ausnutzung der Speichermassen ist mithin sehr gering.
Vor allem aber haben die bekannten Ausführungen eine mangelhafte Regelung und Überwachung
der Teile, durch welche die Wärmeabfuhr bewirkt wird.
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Dieser Mangel wird erfindungsgemäß durch die Verwendung eines Ventils
beseitigt, dessen Bewegungen in Abhängigkeit von der Temperatur des zu beheizenden
Raumes oder ,der aus dein Ofen austretenden Luft gesteuert werden. Zwecks schnellerer
Wärmeabgabe wird die Bewegung der Warmluft, welche den Ofen durchstreicht, durch
Einbau eines Lüfters beschleunigt, wobei die Motorbewegung ebenfalls in Abhängigkeit
von der Tätigkeit eines Thermostaten überwacht wird. Außerdem sind Luftbefeuchtungseinrichtungen
am Ofen angeordnet, deren Inbetriebnahme und Tätigkeit in Abhängigkeit von der Ventil=
bewegurig und somit auch von der abgegebenen Wärmemenge erfolgt.
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In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der Einrichtung gemäß
der Erfindung dargestellt. Die Abb. i und a zeigen Längsschnitte in zwei senkrecht
zueinander stehenden Ebenen eines elektrisch beheizten Speicherofens. Die Abb. 3
ist ein waagerechter Schnitt durch den Ofen. Abb. 4. bis 6 sind entsprechende Schnitte
durch den Ofen einer anderen Ausführung. Die Abb.7 ist ein Schaubild über die Arbeitsweise
eines elektrisch beheiztenSpeicherofens. DieAbb.8 bis ii lassen verschiedene Regelmöglichkeiten
in Verbindung mit Luftbefeuchtungseinrichtungen :an elektrisch gespeisten Speicheröfen
erkennen. Die Abb. 12 zeigt den Querschnitt durch einen der in den Abb. i bis 13
dargestellten Speicheröfen in einer etwas abweichenden Ausführung.
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Nach den Abb. i bis 3 besteht der Speicherofen, wie er der Erfindung
zugrunde liegt, aus hohlen Metallkörpern i, die mit Flanschen 2 versehen sind, durch
welche Schraubenboizen 3 zum Zusammenhalten der
Speichermassen führen.
Die letzteren können entweder übereinander (Abb. i und 2) oder nebeneinander in
der gleichen waagerechten Ebene (Abb. ¢ bis 6) angeordnet 'sein. Es können jedoch
auch beide Möglichkeiten vereinigt werden. Die Speichermassen i werden durch Strahlung
unter Verwendung von durch sie eingeschlossenen 12etallblöcken i i aufgeheizt. Die
Metallkörper der Speichermassen dienen gleichzeitig zum mechanischen Stützen der
gesamten Heizeinrichtung. Sie sind ferner durch Platten 4. zusammengehalten, die
aus schlecht wärmeleitendem Stoff bestehen, aber mechanisch sehr widerstandsfähig
sind. Die Platten sind durch die Schraubenbolzen 3 mit den Metallkörpern der Speichermassen
i verbunden. . Die ganze Einrichtung ruht auf einem Sockel 5 und ist durch einen
Deckel 6 abgeschlossen. Die beiden Teile 5 und 6 sind durch den Ofenmantel 7 miteinander
verbunden, der aus Eisenblech oder auch aus einem die Wärme schlecht leitenden Werkstoff
bestehen kann. Der Zwischenraum zwischen der Mantelwandung 7 und der Speichermasse
i ist mit einem Wärmeisolierstoff 8, wie beispielsweise Asbest, Glaswolle oder Kieselgur
usw., ausgefüllt.
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Die Platten 4. besitzen Luftein- und -austrittsöffnungen. In die letzteren
ist ein Ventil 9 eingesetzt. Um eine möglichst große und genaue Wahl in dem Querschnitt
der Luftaustrittsöffnung zwecks genauerer Regelbarkeit der Wärmeabführung treffen-
zu können, gibt man dem Ventil Kegelstumpfform. An seinem äußeren Umfang trägt das
Ventil eine schraubenlinienförmig gewundene. Dichtung io, die aus biegsamem, plastischem,
feuerfestem Werkstoff besteht.
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In den Abb.q:bis 6 ist eine Ofenausführung mit besonders voneinander
getrennt angeordneten Speicherkammern dargestellt. Die Speichermassen i sind nebeneinandergestellt
und durch eine Zwischen-,vand 17 voneinander getrennt. Die letztere besteht aus
Werkstoff, der die Wärme schlecht leitet. Mehrere Ventile 9, die unabhängig voneinander
bewegt werden können, sind bei diesen Ausführungen vorgesehen und gestatten, daß
nur ein Teil des Speicherofens zur Wärmeabgabe herangezogen werden kann.
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Der besonders im Innern des Metallkörpers der 'Speichermassen i (Abb.
i bis 6) vorgesehene metallische Aufheizblock ii wird gegebenenfalls mit zur Speicherung
herangezogen und dient gleichzeitig zur Aufheizung der Speichermassen. Er besteht
ebenso wie die Speichermassen vorzugsweise aus Gußeisen oder aus Kacheln, um ein
möglichst großes Speichervermögen zu erhalten. Die Aufheizblöcke ri, die durch Strahlung
die Speichermassen aufheizen, sind an Metallteilen 1z aufgehängt, die ihrerseits
wieder in .hohlen Haltegliedern 13 ruhen. Diese Stützen sind in den Platten q. befestigt.
Als elektrische Isolation sind Unterlegescheiben 14 aus isolierendem Werkstoff bei
der Aufhängung verwendet. Die Aufheizblöcke i i können leicht eingebaut und verschieden
groß bemessen werden. Die Heizstäbe 15, die durch die unteren Ofenöffnungen in das
Ofeninnere führen, sind in die Aufheizblöcke i i eingegossen und bestehen zwecks
Erzielung möglichst geringer Wärmeverluste vorzugsweise aus Metallrohren, in die
die elektrischen Heizleiter mittels Isoliermasse nach einem besonderen Verfahren
eingebettet sind. Der Anschluß dieser Heizleiterrohre an die elektrische Energiequelle
erfolgt über Klemmen 16.
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In der Abb. 7, welche das Arbeitsdiagramm des Ofens veranschaulicht,
sind auf den Abszissen die Zeiteinheiten, auf den Ordinaten die Temperaturwerte
aufgetragen, Die. Kurve i stellt den Verlauf der Temperatur in Abhängigkeit von
der Zeit für die Speichermasse i, die Kurve II den Verlauf für den Heizblock i i
dar während der Aufladezeit von 0 bis A, wobei angenommen wird, daß das Ventil 9
geschlossen ist. Für den Zustand des geöffneten Ventils gilt die Kurve I'. Für den
Bereich in der Richtung A bis B
stellen die Kurven I und II den Abkühlvorgang
der Speichermassen bei allmählich sich öffnendem Ventil dar. Die Kurven III und
IV lassen den Verlauf der Abkühlung derselben Massen für den Fall der ganz geöffneten
Ventilklappe erkennen.
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Ein schnellerer Abfall der-Kurven kann durch -die Vergrößerung der
Querschnittsöffnung des Ventils 9 und durch die. Vergrößerung der abkühlenden Oberflächen
der Speichermassen, die wellenförmig gestaltet oder mit Rippen ausgerüstet sein
können, herbeigeführt werden.
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Die Öfen nach der Erfindung erhalten zur Vervollkommnung ihrer Betriebsweise
Sicherheitseinrichtungen. So können z.B. Schmelzsicherungen oder Thermostate oder
beide in dem Ofen zur Vermeidung einer unzulässig starken Erwärmung angeordnet sein.
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Die Regelung der Wärmeabführung wird von Hand oder' vorteilhafter
mittels einer selbsttätig arbeitenden Überwachungseinrichtung vorgenommen.
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Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß entsprechend den Darstellungen
in den Abb.8 bis i i ein Ventil in bestimmter Weise ausgebildet und in der oberen
Luftaustrittsöftnung des Ofens in Verbindung mit einer Regel-und Überwachungseinrichtung
angebracht. Das Ventil wird in Abhängigkeit von der Temperatur des zu beheizenden
Raumes oder
der Temperatur der Luft, welche den Ofen bei zum Teil
geöffnetem Ventil verläßt, gesteuert.
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Die in den Abb.8 bis ii schematisch dargestellten Öfen enthalten die
Speichermasse i, die von einer wärmeisolierenden Wandung 8 umgeben ist. Während
der Heizperiode wird die an der unteren Öffnung des Ofens eintretende Luft bei ihrem
Vorbeistreichen an den Speichermassen innerhalb des Ofens erwärmt und verläßt den
letzteren an der oberen Öffnung, die durch ein Klappenventil 9 o. dgl. geöffnet
oder geschlossen wird. Während der Aufheizzeit der Speichermassen ist das Ventil
9 geschlossen. Die Abdichtung io verhindert den Luftaustritt aus dem. Ofen bei geschlossenem
Ventil. Das Ventil 9 ist hohl und an seinem oberen Ende oferi. Unten ist es durch
eine Ventilklappe 18, die beweglich angeordnet ist, abgeschlossen. Die Klappe 18
bildet gewissermaßen ein Hilfsventil. Sie ist an einem Bolzen i9, der mit einem
Widerlager 2o versehen ist, aufgehängt. Unter dem letzteren ist ein Thermostat 21
(Bimetallstreifen) angebracht. Der letztere ist gegen den Einfluß der Warmluft,
die bei geöffneter Klappe aus dem Ofen entweicht, durch einen Untersatz 22 geschützt.
Solange die Temperatur des Ofens einen vorbestimmten, .noch zulässigen Grenzwert
nicht übersteigt, bleibt die Ventilklappe 18 geschlossen. Ist die Temperaturgrenze
jedoch überschritten, so krümmt sich der Bimetallstreifen, drückt dabei gegen das
Widerlager und öffnet auf diese Weise die Ventilklappe, wodurch eine bestimmte Menge
Luft entweicht. Auf diese Weise wird aus dem Ofen Wärme abgeführt, so daß die Temperatur
im Ofeninnern' einen unzulässig hohen Wert nicht übersteigt und somit die .Speichermassen
und andere Teile des Ofens nicht gefährdet werden. Durch die Einstellung des Gegendruckes
des Widerlagers wird die Ansprechtemperatur des Thermostaten bestimmt. Um die Wärmeabgabe
zu beschleunigen und damit den zu beheizenden Raum schneller zu erwärmen, wird vorteilhaft
ein Lüfter vor der unteren Ofenöffnung angebracht. Die Bewegung des Lüftermotors
wird in Abhängigkeit von der Ziriimertemperatur oder der der Speichermassen überwacht.
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Die Abb.9 zeigt einen Speicherofen, der mit einer Luftbefeuchtungseinrichtung
versehen ist, um die schädlichen Einflüsse der trockenen, ungesunden Luft und ihre
nachteiligen Einwirkungen auf die Möbelstücke zu vermeiden. Die Luftbefeuchtungseinrichtung
ist mit einer Regeleinrichtung verbunden, die gestattet, den Feuchtigkeitsgrad nach
Belieben einzustellen. Über der Ventilsteuerung ist ein Wasserbehälter 23 angeordnet.
Er besitzt einen dichten Abschluß 2q. und ein Abflußrohr 25, in dem ein Hahn 26
eingeschaltet ist, der gleichzeitig mit der Ventilkappe 18 betätigt wird. Das Rohr
25 läßt das Wasser tropfenweise in das Ventilinnere fallen, dessen Sitzfläche unten
und seitlich geschlossen ist. Der Wasserausfluß beginnt natürlich erst mit dem Anheben
der Ventilklappe, was unter der Einwirkung der Steuerung geschieht. Die in die Öffnung
28 des Ablaufrohres eindringende Luft, die auch in den Wasserbehälter 23 gelangt,
bewirkt ein Ausfließen des Wassers aus dem letzteren. Die Dichtung io, deren unteres
Ende 29 in das aufgefangene Wasser eintaucht, saugt sich voll Flüssigkeit. Beim
Vorbeistreichen der warmen, trockenen Luft an der nassen Dichtung verdunstet das
Wasser. Die Luft wird auf diese Weise befeuchtet. Die O_uerschnittsöffnung des Hahnes
26 ist entsprechend der erforderlichen Ausflußmenge bemessen und reicht für die
größtmögliche Luftmenge des Ofens aus. Da die Öffnung des Ausflußrohres ziemlich
tief in den Hohlraum des Ventilkörpers hineinragt, kann ein Überlaufen des letzteren
infolge der bestehenden Druckverhältnisse nicht eintreten. Die Luftbefeuchtungseinrichtung
kann auch an irgendeiner anderen Stelle am Ofen angebracht sein, aber stets so,
daß sie unter dem Einfluß des warmen Luftstromes steht und in Abhängigkeit von der
Bewegung der Ventilklappe geregelt wird.
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Der Luftbefeuchter nach der Abb. iö arbeitet nach Art eines Oberflächenverdampfers.
Er besteht aus einem Behälter 30; der vorzugsweise ringförmig angeordnet ist und
einen trapezförmigen Querschnitt auf-,veist. In die Flüssigkeit des Behälters taucht
ein Gegengewicht 31, ebenfalls von trapezförmigem Querschnitt, entsprechend der
Größe des durch das Ventil freigegebenen Warmluftaustrittsquerschnittes verschieden
tief ein. Die Oberfläche des Wassers in dem Behälter 3o wird auf diese Weise verschieden
hoch eingestellt, und die Verdunstung ist entsprechend verschieden groß. Um bei
geschlossenem Ventil ein vollständiges Verdunsten der Flüssigkeit zu verhindern,
sind deckelartige Klappen 32 als Abschlußteile für die Behälteroberfläche vorgesehen.
Die Luftbefeuchtungseinrichtung kann auch als Flüssigkeitszerstäuber oder in irgendeiner
anderen Form ausgebildet sein. Die Wasserbehälter können ferner so bemessen sein,
daß sie gleichzeitig für den Bedarf mehrerer Öfen ausreichen.
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Die Bewegungen des Ventils 9 erfolgen unter dem Einfluß einer selbsttätigen
Steuerung in Verbindung mit einem Hebelgestänge 27, gegebenenfalls unter Anwendung
eines
Servomotors, dessen Stromkreis durch das Ansprechen eines
Thermostaten geöffnet bzw. geschlossen wird. Außer dem Thermostaten kann noch ein
Zeitschalter vorgesehen sein, der den ersteren steuert, so daß rechtzeitig eine
Umschaltung von Tag- auf Nachtbetrieb und umgekehrt erfolgt und unabhängig davon
eine Überwachung der Wärmeabgabe für beide Fälle gesichert ist. Die Einrichtung
kann beispielsweise so getroffen werden, daß die Raum- oder Zimmertemperatur am
Tage (z. B. zwischen 6 und 22 Uhr) auf 2r° C gehalten wird, während sie nachts (z.
B. von 22 bis 6 Uhr) auf 14' C eingestellt wird.
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Außerdem kann mit Hilfe dieser Schaltuhr die Stromzufuhr zur Aufladung
geregelt werden, beispielsweise so; daß der Speicher nur zu Zeiten des Nachtstromtarifes
angeschlossen ist.
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In der Abb. ii ist eine Ausführungsform der Regeleinrichtung dargestellt,
nach der die Zeitdauer und der Betrag der Wärmeabgabe von Hand einstellbar sind.
Zu diesem Zweck ist eine Schraubenspindel 33 vorgesehen, die in einer fest angeordneten
Mutter 34 geführt ist und deren unteres Ende 35 auf dem einen Arm des Steuerhebels
a7 aufsitzt und die Bewegung des Ventils 9 auf einen Wert begrenzt, der nach Wunsch
einstellbar ist und auf diese Weise gestattet, die Wärmeabgabe für eine längere
Zeit aufrechtzuerhalten. Die Einrichtung erfährt eine Vervollkommnung durch die
Verwendung einer Skala 36 mit Gradeinteilung, über die ein Zeiger 37 spielt, der
fest mit der Schraubenspindel 33 verbunden ist. Um .ein Lockern -oder sonstige
Störungen in der Einstellung zu vermeiden, wird vorteilhaft noch eine Feder 38 angeordnet.
Die Einstellung der Spindel wird zweckmäßig für die Nacht so vorgenommen, daß in
der gewählten Ventilstellung die aus dem Ofen entweichende Luft genügend Wärme für
den zu beheizenden Raum abgibt, aber . andererseits ein genügend starkes Aufladen
der Speichermassen gewährleistet.
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Die Regelung der Wärmeabfuhr kann auch unter Verwendung verstellbarer
Blenden (Irisblenden) oder jalousieartigerVerschlüsse an Stelle der Benutzung von
Ventilen erfolgen. Diese Einrichtungen verschließen bzw. öffnen Luftschächte 39.
Die letzteren entstehen,. wenn der Hohlkörper der metallischen Speichermasse i mit
dem Aufheizblock i i durch Rippen 4o verbunden wird, die gegebenenfalls zweckmäßig
aus Porzellan oder aus einer den mechanischen und thermischen Beanspruchungen gewachsenen
Isoliermasse bestehen. Eine derartige Ausführung stellt die Abb. i2 dar, welche
einen Speicherofen mit rundem Ouerschnitt zeigt, bei dem die Speichermassen i in
Form eines Hohlzylinders ausgebildet sind, in dessen Hohlraum die Aufheizmasse ii
mit in diese eingegossenen Heizrohrstäben 15 untergebracht ist. Die Bewegung der
Blenden bzw. die der jalousieartigen . Verschlüsse kann ebenfalls durch Thermostate
unter Verwendung von Servomotoren in Abhängigkeit von der Temperatur gesteuert werden.