DE9311217U1 - Heat storage block for an electric heat storage heater - Google Patents
Heat storage block for an electric heat storage heaterInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicherblock für ein Elektro-Wärmespeicherheizgerät, mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.The invention relates to a heat storage block for an electric heat storage heater, with the features of the preamble of claim 1.
Bekannt ist ein Elektro-Wärmespeicherheizgerät (DE 22 28 444 C3) mit einem Außengehäuse und einem im Außengehäuse angeordneten Wärmespeicherblock. Zwischen dem Außengehäuse und der Außenwandung des Wärmespeicherblockes besteht ein Luftströmungs-Zwischenraum durch den der Wärmespeicherblock von Umgebungsluft umströmt werden kann. Dies kann durch natürliche Konvektion geschehen, bei diesem Wärmespeicherheizgerät ist jedoch zusätzlich ein Gebläse vorgesehen, durch das Luft aus der Umgebungsatmosphäre angesaugt und in den Luftströmungs-Zwischenraum hinein bzw. durch diesen hindurch zu einer Luftaustrittsöffnung hin gefördert wird.An electric heat storage heater (DE 22 28 444 C3) with an outer casing and a heat storage block arranged in the outer casing is known. Between the outer casing and the outer wall of the heat storage block there is an air flow gap through which ambient air can flow around the heat storage block. This can happen through natural convection, but this heat storage heater also has a fan through which air is sucked in from the ambient atmosphere and conveyed into the air flow gap or through it to an air outlet opening.
Mit Abstand von der von Umgebungsluft umströmten Außenwandung ist innen eine Innenwandung angeordnet, die einen von einer Wärmespeicherfüllung ausgefüllten Innenraum des Wärmespeicherblocks bildet. Die Wärmespeicherfüllung besteht aus einem Wärmespeichermaterial mit sehr hohem Schmelzpunkt, sei es einer Anzahl von mit Öffnungen versehenen, gestapelten Wärmespeichersteinen, sei es aus bei bestimmten Betriebstemperaturen tatsächlich schmelzendem Material, in dem eine verhältnismäßig große Wärmemenge in Form latenter Schmelzwärme gespeichert werden kann.At a distance from the outer wall around which the ambient air flows, an inner wall is arranged inside, which forms an interior space of the heat storage block filled with a heat storage filling. The heat storage filling consists of a heat storage material with a very high melting point, either a number of stacked heat storage stones with openings or a material that actually melts at certain operating temperatures, in which a relatively large amount of heat can be stored in the form of latent heat of fusion.
In der Wärmespeicherfüllung angeordnet und nach außen elektrisch angeschlossen ist ein elektrisches Heizelement, das regelmäßig die Form eines sich praktisch über die volle Höhe der Wärmespeicherfüllung erstreckenden Heizrohres aufweist. Bei größerer Breite des Wärmespeicherblockes können auch mehrere Heizelemente in der Wärmespeicherfüllung nebeneinander mit entsprechenden Abständen angeordnet sein.Arranged in the heat storage filling and electrically connected to the outside is an electric heating element, which usually has the shape of a heating pipe that extends practically over the full height of the heat storage filling. If the heat storage block is wider, several heating elements can be arranged next to each other in the heat storage filling with appropriate spacing.
Für den aus dem Stand der Technik bekannten Wärmespeicherblock bzw. das damit ausgerüstete Elektro-Wärmespeicherheizgerät ist die besonders gute Isolierung der Wärmespeicherfüllung von Bedeutung. Dazu sind die Außenwandung und die Innenwandung hermetisch dicht miteinander verbunden und bilden einenFor the heat storage block known from the state of the art or the electric heat storage heater equipped with it, the particularly good insulation of the heat storage filling is important. For this purpose, the outer wall and the inner wall are hermetically sealed together and form a
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hermetisch dichten Isolationszwischenraum. Dieser ist im wesentlichen nur mit Wasserstoffgas oder einem anderen getterfähigen Gas gefüllt. Der Isolationszwischenraum ist, regelmäßig über einen in die Außenwandung eingeschweißten oder anderweit hermetisch dicht eingeführten Anschlußstutzen mit einer Gettereinrichtung für das entsprechende Gas, insbesondere also einer Wasserstoff-Gettereinrichtung verbunden. Durch diese Gettereinrichtung ist der Gasdruck im Isolationszwischenraum veränderbar. Damit wird eine extrem wirksame Isolation der Außenwandung gegenüber der Innenwandung erreicht, da bei wirksamem Gettermaterial in der Gettereinrichtung der Gasdruck im Isolationszwischenraum auf sehr niedrige Werte abgesenkt werden kann (0,001 mbar). Die damit erreichbare Superisolation kann durch Aufheizen des Gettermaterials in der Gettereinrichtung gezielt verschlechtert werden, da dadurch der Gasdruck im Isolationszwischenraum erhöht und die Wärmekonvektion entsprechend gezielt erhöht werden kann. Dadurch werden komplizierte Regelvorrichtungen überflüssig, das Gettersystem ist selbst mit geringer Energie betreibbar.hermetically sealed insulation gap. This is essentially only filled with hydrogen gas or another getter-capable gas. The insulation gap is usually connected to a getter device for the corresponding gas, in particular a hydrogen getter device, via a connection piece welded into the outer wall or otherwise hermetically sealed. This getter device allows the gas pressure in the insulation gap to be changed. This achieves extremely effective insulation of the outer wall from the inner wall, since with effective getter material in the getter device the gas pressure in the insulation gap can be reduced to very low values (0.001 mbar). The super insulation that can be achieved in this way can be deliberately worsened by heating up the getter material in the getter device, since this increases the gas pressure in the insulation gap and allows the heat convection to be increased accordingly. This makes complicated control devices superfluous, and the getter system can be operated even with low energy.
Der bekannte Wärmespeicherblock ist im wesentlichen quaderförmig und in den Abmessungen so groß ausgeführt, wie es die Größe des Außengehäuses des Elekro-Wärmespeicherheizgerätes erfordert. Die Außenwandung und die Innenwandung des Wärmespeicherblockes laufen allseitig um die Wärmespeicherfüllung herum. Im Isolationszwischenraum zwischen der Außenwandung und der Innenwandung befinden sich ggf. mehrere folienartige Strahlungsschirme aus Metall, beispielsweise ausgeführt als dünne Kupferfolien. Die Strahlungsschirme werden in ihrer Lage im Isolationszwischenraum durch Distanzglieder gehalten, die gleichzeitig dafür sorgen, daß die Außenwandung und die Innenwandung allseits den gleichen Abstand voneinander aufweisen. Da das Material der Wärmespeicherfüllung ziemlich schwer ist, müssen die Distanzelemente entsprechend massiv ausgeführt sein. Allseits müssen an einer Vielzahl von Punkten solche Distanzelemente angeordnet sein, sie bilden jeweils unmittelbare Wärmebrücken zwischen Außenwandung und Innenwandung des Wärmespeicherblockes.The known heat storage block is essentially cuboid-shaped and is designed to be as large as the size of the outer casing of the electric heat storage heater requires. The outer wall and the inner wall of the heat storage block run around the heat storage filling on all sides. In the insulation gap between the outer wall and the inner wall there may be several foil-like radiation shields made of metal, for example made of thin copper foil. The radiation shields are held in place in the insulation gap by spacers, which at the same time ensure that the outer wall and the inner wall are the same distance from each other on all sides. Since the material of the heat storage filling is quite heavy, the spacers must be made accordingly solid. Such spacers must be arranged at a large number of points on all sides; they form direct thermal bridges between the outer wall and the inner wall of the heat storage block.
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Die aus Gründen optimaler thermischer Isolation für erforderlich gehaltene allseitige doppelwandige Ausführung des Wärmespeicherblockes ist auch herstellungstechnisch nicht unproblematisch. Es ist allein schon störend, daß die komplette Wärmespeicherfüllung im Wärmespeicherblock enthalten sein muß, bevor überhaupt der Isolationszwischenraum vollständig hergestellt und geschlossen werden kann. Reparaturen an der Wärmespeicherfüllung (selten) oder am Heizelement (häufig) sind unmöglich oder wegen der erforderlichen Öffnung des Isolationszwischenraumes mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand nicht durchführbar. Die im Betrieb auftretenden, unter Umständen recht unterschiedlichen Wärmedehnungen können wegen der erforderlichen massiven Distanzelemente häufig nur schwer berücksichtigt werden.The double-walled design of the heat storage block on all sides, which is considered necessary for reasons of optimal thermal insulation, is also not without problems in terms of production technology. It is already a problem that the entire heat storage filling must be contained in the heat storage block before the insulation gap can even be completely created and closed. Repairs to the heat storage filling (rare) or to the heating element (often) are impossible or cannot be carried out at an economically justifiable cost due to the necessary opening of the insulation gap. The thermal expansions that occur during operation, which can be quite different in some cases, are often difficult to take into account due to the massive spacers required.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Wärmespeicherblock der in Rede stehenden Art so auszugestalten und weiterzubilden, daß ein hoher Speicher-Wirkungsgrad erhalten bleibt, aber eine wesentlich wirtschaftlichere Herstellung gewährleistet ist.The invention is based on the object of designing and developing a heat storage block of the type in question in such a way that a high storage efficiency is maintained, but a significantly more economical production is ensured.
Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist bei einem Wärmespeicherblock mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird gezielt auf eine ganz optimale thermische Isolation durch einen entsprechend an eine Gettereinrichtung angeschlossenen Isolationszwischenraum an einer Seite des Wärmespeicherblockes, nämlich dort, wo jetzt der Deckel sitzt, verzichtet. Damit wird eine gezielt "offene" Seite des Wärmespeicherblockes geschaffen, die das nachträgliche Einfüllen der Wärmespeicherfüllung in das Innere des Wärmespeicherblockes erlaubt. Man kann also zunächst die Außenwandung mit der Innenwandung zur Bildung des Isolationszwischenraumes hermetisch dicht verbinden, insbesondere verschweißen oder verlöten und alle erforderlichen Tests ausführen. Anschließend kann man dann, entweder noch im Herstellungsbetrieb oder sogar schon am Einsatzort die Wärmespeicherfüllung einfüllen und dann den Wärmespeicherblock mit dem Deckel verschließen. Am Deckel muß dabei dann natürlich ebenfalls eine gute thermische Isolierung vorhanden sein, sei es durchThe previously indicated task is solved in a heat storage block with the features of the generic term of claim 1 by the features of the characterizing part of claim 1. According to the invention, a completely optimal thermal insulation is deliberately dispensed with by means of an insulation gap connected to a getter device on one side of the heat storage block, namely where the lid is now located. This creates a deliberately "open" side of the heat storage block, which allows the subsequent filling of the heat storage filling into the interior of the heat storage block. The outer wall can therefore first be hermetically sealed with the inner wall to form the insulation gap, in particular by welding or soldering, and all the necessary tests can be carried out. The heat storage filling can then be filled in, either in the manufacturing plant or even at the place of use, and the heat storage block can then be closed with the lid. The lid must of course also have good thermal insulation, be it through
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die Ausführung des Deckels selbst, sei es durch eine ggf. auch zusätzlich dort vorgegebene Isolationsschicht. Man nimmt hier eine etwas schlechtere Isolationswirkung und/oder einen größeren Raumbedarf für die Isolation gezielt hin, um die weiter noch erläuterten herstellungstechnischen Vorteile zu gewinnen.the design of the lid itself, either through an additional insulation layer that may be provided there. A slightly poorer insulation effect and/or a larger space requirement for the insulation is deliberately accepted in order to gain the manufacturing advantages explained below.
Wegen der oben offenen Topfform der Außenwandung und Innenwandung lassen sich beide Elemente großtechnisch im Metallblech-Tiefziehverfahren herstellen. Das ist außerordentlich wirtschaftlich, so daß der Herstellungsaufwand jedenfalls bei größeren Stückzahlen sehr gering wird. Der äußere Topf ist mit dem inneren Topf dabei nur über die oberen umlaufenden Ränder verbunden, nur dort entsteht eine Wärmebrücke. Diese befindet sich allerdings ohnehin in dem Bereich, in dem die dem Deckel zugeordnete Wärmeisolation wirksam ist. Außerdem ist diese Wärmebrücke deswegen unproblematisch,weil im Grundsatz die beim Stand der Technik erforderlichen Distanzelemente wegfallen oder jedenfalls in ihrer Fläche erheblich verkleinert werden können. Das liegt daran, daß der innere Topf hier in den äußeren Topf so "eingehängt" werden kann, daß unter Berücksichtigung aller durch Wärmedehnung verursachten Formänderungen gleichwohl die Abstände stets in ausreichender Größe eingehalten werden können. Durch die am Rand erfolgende Fixierung der beiden Töpfe gegeneinander werden diese eben im Grundsatz in ihrer Position gegeneinander festgelegt. Eventuell noch vorhandene Distanzelemente kleinster Abmessungen müssen nur noch die Strahlungsschirme im Isolationszwischenraum in ihrer gewünschten Lage halten.Because the outer and inner walls are open at the top, both elements can be manufactured on a large scale using a deep-drawing process using sheet metal. This is extremely economical, so that the manufacturing costs are very low, at least for large quantities. The outer pot is only connected to the inner pot via the upper, all-round edges, and this is the only place where a thermal bridge is created. However, this is in the area where the thermal insulation associated with the lid is effective. This thermal bridge is also unproblematic because, in principle, the spacer elements required in the state of the art are eliminated or at least their area can be significantly reduced. This is because the inner pot can be "hung" in the outer pot in such a way that, taking into account all changes in shape caused by thermal expansion, the distances can always be maintained at a sufficient size. By fixing the two pots against each other at the edge, they are essentially fixed in their position relative to each other. Any spacer elements of the smallest dimensions that may still be present only have to hold the radiation shields in the insulation gap in their desired position.
Im Ergebnis ist erfindungsgemäß ein Wärmespeicherblock realisiert, der zwar eine Seite, nämlich die Oberseite aufweist, an der er theoretisch nicht optimal thermisch isoliert ist, bei dem aber dadurch herstellungstechnisch ganz erhebliche Vorteile erreicht werden, die sogar wieder in Vorteile umsetzbar sind, die zu einer im übrigen verbesserten thermischen Isolation führen. Insgesamt ist der thermische Wirkungsgrad und der Speicher-Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Wärmespeicherblockes dann doch nicht schlechter als der des bekannten Wärmespeicherblockes, jedoch verbunden mit ganz wesentlichen herstellungstechnischen Vorteilen und damit Kostenvorteilen.As a result, the invention produces a heat storage block which has one side, namely the top, on which it is theoretically not optimally thermally insulated, but which achieves very significant advantages in terms of manufacturing technology, which can even be converted into advantages that lead to otherwise improved thermal insulation. Overall, the thermal efficiency and storage efficiency of the heat storage block according to the invention is not worse than that of the known heat storage block, but is combined with very significant manufacturing advantages and thus cost advantages.
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Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Wärmespeicherblockes sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 11.Preferred embodiments and further developments of the heat storage block according to the invention are the subject of claims 2 to 11.
Ein unter Verwendung vorzugsweise erfindunsgemäßer Wärmespeicherblöcke hergestelltes Elektro-Wärmespeicherheizgerät ist durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 12 beschrieben. Die Quaderform des einen im Stand der Technik realisierten Wärmespeicherblockes war in der Breite natürlich an die gewünschte Breite eines Elektro-Wärmespeicherheizgerätes unschwer anpaßbar. Da man aber normalerweise die Tiefe des Außengehäuses eines Elektro-Wärmespeicherheizgerätes nur begrenzt erhöhen kann, regelmäßig auf wenig mehr als 30 cm, gewinnt man mit der vorgeschlagenen Verwendung mehrerer kreisrund-topfförmiger Wärmespeicherblöcke die Möglichkeit, alle Vorteile dieser Bauart zu nutzen und gleichwohl ein relativ breites, jedoch wenig tiefes Außengehäuse für ein Elektro-Wärmespeicherheizgerät einzusetzen.An electric heat storage heater manufactured using heat storage blocks preferably according to the invention is described by the features of the characterizing part of claim 12. The cuboid shape of the heat storage block realized in the prior art was of course easily adaptable in width to the desired width of an electric heat storage heater. However, since the depth of the outer casing of an electric heat storage heater can normally only be increased to a limited extent, usually to little more than 30 cm, the proposed use of several circular, pot-shaped heat storage blocks makes it possible to use all the advantages of this design and at the same time use a relatively wide, but not very deep outer casing for an electric heat storage heater.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail below using a drawing showing exemplary embodiments.
In der Zeichnung zeigtThe drawing shows
Fig. 1 im Vertikalschnitt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmespeicherblockes,Fig. 1 shows a preferred embodiment of a heat storage block according to the invention in vertical section,
Fig. 2 in vergrößerter Darstellung den Bereich der Gettereinrichtung des erfindungsgemäßen Wärmespeicherblockes undFig. 2 shows an enlarged view of the area of the getter device of the heat storage block according to the invention and
Fig. 3 in einer perspektivischen Darstellung, stark vereinfacht, das Außengehäuse teilweise geöffnet, ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Elektro-Wärmespeicherheizgerätes.Fig. 3 in a perspective view, greatly simplified, the outer housing partially opened, an embodiment of an electric heat storage heater according to the invention.
Für den Hintergrund der Lehre der vorliegenden Erfindung darf zunächst auf den eingangs angesprochenen Stand der Technik aus der DE 22 28 444 C3 hingewiesen werden, wo viele Details der Wärmespeichertechnik erläutert werden, die auch bei der vorliegenden Erfindung genutzt werden.For the background of the teaching of the present invention, reference should first be made to the state of the art mentioned at the beginning in DE 22 28 444 C3, where many details of the heat storage technology are explained that are also used in the present invention.
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Fig. 1 zeigt im Vertikalschnitt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmespeicherblockes 1. Dieser weist eine von Umgebungsluft umströmbare Außenwandung 2, eine mit geringem Abstand dazu innen angeordnete Innenwandung 3, eine Wärmespeicherfüllung 4 und ein in der Wärmespeicherfüllung angeordnetes, nach außen angeschlossenes elektrisches Heizelement 5 auf. Die Außenwandung 2 und die Innenwandung 3 sind hermetisch dicht miteinander verbunden. Sie schließen einen Isolationszwischenraum 6 ein, der im wesentlichen nur mit Wasserstoffgas (oder einem anderen entsprechend einsetzbaren Gas) gefüllt ist. Über einen hermetisch dicht in die Außenwandung 2 eingeführten, insbesondere dort eingeschweißten Anschlußstutzen 7 ist der Isolationszwischenraum 6 mit einer Gas-Gettereinrichtung 8 verbunden. Der Gasdruck im Isolationszwischenraum 6 ist mittels der angeschlossenen Gettereinrichtung 8 veränderbar. Das wird später noch anhand von Fig. 2 etwas genauer erläutert.Fig. 1 shows a vertical section of an embodiment of a heat storage block 1 according to the invention. This has an outer wall 2 around which ambient air can flow, an inner wall 3 arranged at a short distance from it, a heat storage filling 4 and an electrical heating element 5 arranged in the heat storage filling and connected to the outside. The outer wall 2 and the inner wall 3 are hermetically sealed to one another. They enclose an insulating space 6 which is essentially only filled with hydrogen gas (or another gas that can be used accordingly). The insulating space 6 is connected to a gas getter device 8 via a connecting piece 7 which is introduced hermetically sealed into the outer wall 2, in particular welded there. The gas pressure in the insulating space 6 can be changed by means of the connected getter device 8. This will be explained in more detail later with reference to Fig. 2.
Für die Erfindung wesentlich ist nun zunächst, daß die Außenwandung 2 von einem im Querschnitt etwa kreisrunden äußeren Topf 9 und die Innenwandung 3 von einem im Querschnitt dementsprechenden, einen etwas geringeren Durchmesser und eine etwas geringere Höhe aufweisenden inneren Topf 10 gebildet ist, die an ihrem oberen umlaufenden Rand 11 hermetisch dicht miteinander verbunden sind, und daß das obere, offene Ende der Töpfe 9, 10 durch einen Deckel thermisch gut isoliert geschlossen ist.What is essential for the invention is that the outer wall 2 is formed by an outer pot 9 with an approximately circular cross-section and the inner wall 3 is formed by an inner pot 10 with a corresponding cross-section, a slightly smaller diameter and a slightly smaller height, which are hermetically sealed together at their upper peripheral edge 11, and that the upper, open end of the pots 9, 10 is closed by a lid that is well insulated thermally.
Der innere Topf 10 ist also durch die hermetisch dichte und mechanisch belastbare Verbindung mit dem äußeren Topf 9 am umlaufenden Rand 11 in jenen gewissermaßen "eingehängt", so daß durch die Bemessung des inneren Topfs 10 gegenüber dem äußeren Topf 9 schon strukturell die notwendigen Abstände der Innenwandung 3 von der Außenwandung 2 an allen betroffenen Seiten sichergestellt sind. Die herstellungstechnischen Vorteile dieser Konstruktion sind im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert worden, so daß darauf verwiesen werden darf.The inner pot 10 is thus "hung" in a way by the hermetically sealed and mechanically resilient connection with the outer pot 9 on the peripheral edge 11, so that the dimensioning of the inner pot 10 in relation to the outer pot 9 structurally ensures the necessary distances between the inner wall 3 and the outer wall 2 on all relevant sides. The manufacturing advantages of this design have been explained in the general part of the description, so that reference can be made to them.
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Herstellungstechnisch hat es insbesondere bei Einsatz eines Metallblech-Tiefziehverfahrens einen besonderen Vorteil, die Böden 13, 14 der Töpfe 9, 10 nach unten/außen hin gewölbt auszuführen. Wegen der starken Druckunterschiede hat das auch Vorteile hinsichtlich der Stabilität und Dauer-Zuverlässigkeit der Anordnung.In terms of manufacturing technology, it is particularly advantageous, especially when using a sheet metal deep-drawing process, to make the bottoms 13, 14 of the pots 9, 10 curved downwards/outwards. Due to the strong pressure differences, this also has advantages in terms of the stability and long-term reliability of the arrangement.
Auch im Stand der Technik ist vorgesehen, daß im Isolationszwischenraum 6 vorzugsweise mehrere folienartige bzw. blechartige Strahlungschirme 15 angeordnet sind. Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt zur Vereinfachung der Darstellung in Fig. 1 nur einen solchen Strahlungsschirm 15, der etwa in der Mitte des Isolationszwischenraums 6 verläuft. Damit der Strahlungsschirm 15 in dieser Lage liegt, ist auch dieser hier topfartig mit entsprechend angepaßtem Durchmesser und entsprechend angepaßter Höhe geformt. Um das Gas im Isolationszwischenraum 6 frei strömen zu lassen, empfiehlt es sich, diesen mit Gasdurchtrittsöffnungen zu versehen, die natürlich nicht dargestellt sind. Der Strahlungsschirm 15 ist ebenfalls am oberen umlaufenden Rand 11 mit der Außenwandung 2 und der Innenwandung 3 fest verbunden. Im Stand der Technik befinden sich zwischen der Außenwandung 2 und der Innenwandung 3 relativ massive Distanzelemente, wie das im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert worden ist. Diese können bei dem erfindungsgemäßen Wärmespeicherblock 1 entfallen, eventuell noch vorhandene Distanzelemente können geringfügige Relativbewegungen der Innenwandung 3 gegenüber der Außenwandung 2 ohne weiteres zulassen und haben im wesentlichen nur die Aufgabe, die Strahlungsschirme 15 im Isolationszwischenraum 6 in hinreichenden Abständen zu halten. Das läßt sich schon dadurch erreichen, daß die Strahlungsschirme 15 selbst zur Einhaltung der nötigen Abstände genoppt sind. Durch die zur Ausbildung von Noppenstrukturen erforderlichen Bearbeitungsvorgänge am Strahlungsschirm 15 können gleichzeitig auch die Gasdurchtrittsöffnungen gebildet werden, ohne daß damit ein zusätzlicher Arbeitsvorgang verbunden wäre.The prior art also provides for several foil-like or sheet-like radiation shields 15 to be arranged in the insulation gap 6. To simplify the illustration in Fig. 1, the embodiment shown only shows one such radiation shield 15, which runs approximately in the middle of the insulation gap 6. So that the radiation shield 15 lies in this position, it is also shaped like a pot with a correspondingly adapted diameter and height. In order to allow the gas to flow freely in the insulation gap 6, it is recommended to provide it with gas passage openings, which are of course not shown. The radiation shield 15 is also firmly connected to the outer wall 2 and the inner wall 3 at the upper peripheral edge 11. In the prior art, relatively solid spacer elements are located between the outer wall 2 and the inner wall 3, as explained in the general part of the description. These can be omitted in the heat storage block 1 according to the invention, any spacer elements that may still be present can easily allow slight relative movements of the inner wall 3 with respect to the outer wall 2 and essentially only have the task of keeping the radiation shields 15 in the insulation gap 6 at sufficient distances. This can be achieved by simply having the radiation shields 15 themselves dimpled to maintain the necessary distances. The processing operations on the radiation shield 15 required to form dimpled structures can also simultaneously form the gas passage openings without this requiring an additional work process.
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Fig. 2 zeigt in vergrößerter und schematischer Darstellung einen kurzen Abschnitt der Außenwandung 2 und der Innenwandung 3 des Wärmespeicherblockes mit daran anschließendem Anschlußstutzen 7 für die Gettereinrichtung 8. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Wasserstoff-Gettereinrichtung 8 mit einem eigentlichen Gettergehäuse 16 und einer darin am Boden angeordneten Einlage aus Gettermaterial 17, hier einem Metallhydrid. Eine im Gettergehäuse 16 hermetisch abgedichtete Tauchhülse 18 taucht mit ihrer Spitze in das Gettermaterial 17 ein, sie dient zur Aufnahme eines Thermoelements für die Regelung der Temperatur des Gettermaterials 17. Am Boden des Getterghäuses befindet sich ein Heizelement 19, beispielsweise in Form eines Rohrheizkörpers, das zur Aufheizung des Gettermaterials auf die gewünschte Temperatur bei gewünschter Erhöhung des Gasdrucks im Isolationszwischenraum 6 dient. Der Anschlußstutzen 7 weist im übrigen eine im Betrieb natürlich hermetisch geschlossene weitere öffnung 20 auf, über die der Isolationszwischenraum 6 zunächst evakuiert und anschließend mit dem bestimmten Gas, insbesondere also mit Wasserstoffgas gefüllt werden kann.Fig. 2 shows an enlarged and schematic representation of a short section of the outer wall 2 and the inner wall 3 of the heat storage block with the connecting piece 7 for the getter device 8. The embodiment shown is a hydrogen getter device 8 with an actual getter housing 16 and an insert made of getter material 17, here a metal hydride, arranged at the bottom. An immersion sleeve 18 hermetically sealed in the getter housing 16 dips with its tip into the getter material 17; it serves to accommodate a thermocouple for regulating the temperature of the getter material 17. At the bottom of the getter housing there is a heating element 19, for example in the form of a tubular heater, which serves to heat the getter material to the desired temperature with the desired increase in the gas pressure in the insulation gap 6. The connecting piece 7 also has a further opening 20 which is of course hermetically closed during operation and through which the insulation gap 6 can first be evacuated and then filled with the specific gas, in particular with hydrogen gas.
In Fig. 2 erkennt man links zwischen der Außenwandung 2 und der Innenwandung im übrigen hier mehrere folienartige Strahlungsschirme 15.In Fig. 2 you can see on the left between the outer wall 2 and the inner wall in addition, here several foil-like radiation shields 15.
Aus Fig. 1 lassen sich nun verschiedene weitere vorteilhafte Details der Lehre der Erfindung erkennen.From Fig. 1, various further advantageous details of the teaching of the invention can now be seen.
Zunächst ist zuvor ausgeführt worden, daß der Deckel 12 die Töpfe 9, 10 thermisch gut isolierend schließen soll. Dazu kann der Deckel 12 selbst wieder doppelwandig mit einem Isolationszwischenraum ausgeführt sein. Dieser kann von vornherein wirksam evakuiert sein und so die bestmögliche Isolationswirkung erbringen. Lediglich am Rand 11 gibt es dann die nicht vermeidbare Wärmebrücke. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist allerdings eine solche Ausführung des Deckels 12 nicht vorgesehen, jedenfalls nicht dargestellt, hier ist anstatt dessen zwischen der Wärmespeicherfüllung 4 und dem Deckel 12 eine relativ dicke thermische Isolationsschicht 21 angeordnet. First of all, it has been stated previously that the lid 12 should close the pots 9, 10 with good thermal insulation. For this purpose, the lid 12 itself can be designed as a double-walled space with an insulating gap. This can be effectively evacuated from the outset and thus provide the best possible insulation effect. The unavoidable thermal bridge then only occurs at the edge 11. In the exemplary embodiment shown, however, such a design of the lid 12 is not provided, at least not shown; instead, a relatively thick thermal insulation layer 21 is arranged between the heat storage filling 4 and the lid 12.
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Die herstellungstechnischen Vorteile des vom übrigen Gehäuse getrennten Deckels 12 sind im allgemeinen Teil der Beschreibung schon erläutert worden. Der Deckel 12 könnte mit den Topfen 9, 10 am umlaufenden Rand 11 verschweißt, verlötet, verklebt oder anderweit dauerhaft fest verbunden sein. Eine vom Druck her hermetisch dichte Verbindung ist hier allerdings bezüglich des Deckels 12 nicht erforderlich, da ja im Innenraum, der von der Innenwandung gebildet wird und die Wärmespeicherfüllung 4 aufnimmt, ein besonders niedriger Druck nicht herrscht. Ein mit dem Rand 11 fest und dauerhaft verbundener Deckel 12 wäre aber wohl einer Komplettierung des Wärmespeicherblockes 1 am Einsatzort abträglich. Letzteres hätte aber durchaus Vorteile, da dann der Transport zum Einsatzort wesentlich einfacher wäre, da der gesamte Wärmespeicherblock 1 noch nicht mit dem relativ schweren Material der Wärmespeicherfüllung 4 gefüllt wäre. Außerdem könnte man bei dauerhaft fest mit dem Rand 11 verbundenen Deckel 12 das Material der Wärmespeicherfüllung 4 später auch nicht auswechseln.The manufacturing advantages of the cover 12, which is separated from the rest of the housing, have already been explained in the general part of the description. The cover 12 could be welded, soldered, glued or otherwise permanently connected to the plugs 9, 10 on the peripheral edge 11. However, a hermetically sealed connection is not required here with regard to the cover 12, since the pressure in the interior, which is formed by the inner wall and accommodates the heat storage filling 4, is not particularly low. However, a cover 12 that is firmly and permanently connected to the edge 11 would probably be detrimental to the completion of the heat storage block 1 at the place of use. The latter would have advantages, however, since transport to the place of use would then be much easier, since the entire heat storage block 1 would not yet be filled with the relatively heavy material of the heat storage filling 4. In addition, if the lid 12 is permanently connected to the edge 11, the material of the heat storage filling 4 cannot be replaced later.
Das in der Zeichnung dargestellte, bevorzugte Ausführungsbeispiel zeichnet sich aus den zuvor erläuterten Gründen nun dadurch aus, daß der Deckel 12 mit den Topfen 9, 10 am umlaufenden Rand 11 mittels einer lösbaren Klemmeinrichtung 22, insbesondere in Form eines Klemm-Spannringes, fest, aber lösbar verbunden ist.The preferred embodiment shown in the drawing is characterized, for the reasons explained above, in that the cover 12 is firmly but detachably connected to the pots 9, 10 on the peripheral edge 11 by means of a detachable clamping device 22, in particular in the form of a clamping ring.
Zweckmäßig ist es, das Heizelement 5 dort selbst aus dem Wärmespeicherblock herauszuführen, wo der Isolationszwischenraum 6 ohnehin unterbrochen ist. Folglich empfiehlt es sich, daß der Deckel 12 eine thermisch gut isolierende Durchführung 23 für das Heizelement 5 oder Anschlußleitungen 24 des Heizelementes 5 aufweist. Dabei empfiehlt es sich hier ganz besonders, daß die Durchführung 23 für das Heizelement 5 ein Auswechseln des Heizelementes ohne Abnehmen des Deckels 12 erlaubt. Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Wärmespeicherfüllung 4 betriebsmäßig eigentlich sehr selten Probleme verursacht, könnte man bei der zuvor erläuterten Ausführungsform sogar wieder daran denken, den Deckel 12 mit den Topfen 9, 10 am oberen Rand 11 dauerhaft fest zu verbinden.It is advisable to lead the heating element 5 out of the heat storage block where the insulation gap 6 is interrupted anyway. Consequently, it is recommended that the cover 12 has a thermally well-insulated lead-through 23 for the heating element 5 or connecting lines 24 of the heating element 5. It is particularly recommended here that the lead-through 23 for the heating element 5 allows the heating element to be replaced without removing the cover 12. Taking into account the fact that the heat storage filling 4 actually very rarely causes problems during operation, one could even consider permanently connecting the cover 12 to the plugs 9, 10 at the upper edge 11 in the previously explained embodiment.
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Für die Ausführung der Wärmespeicherfüllung 4 gibt es die im Stand der Technik bekannten Möglichkeiten. Für die Komplettierung des Wärmespeicherblockes vor Ort eignen sich die an sich bekannten Wärmespeichersteine ganz besonders. Es empfiehlt sich also, daß die Wärmespeicherfüllung 4 aus einzelnen, vorzugsweise kreisringförmigen Wärmespeichersteinen 25 besteht. Derartige Wärmespeichersteine 25, von denen im dargestellten Ausführungsbeispiel vier kreisringförmige Einheiten übereinander gestapelt sind und in der mittigen öffnung das Heizelement 5 aufnehmen, weisen regelmäßig ebene Oberflächen auf. Nun ist aber im dargestellten Ausführungsbeispiel der Boden 14 des die Innenwandung 3 bildenden inneren Topfes 10 nach unten/außen hin gewölbt. Nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, daß hier dargestellt ist, gilt nun, daß zwischen dem untersten Wärmespeicherstein 25 und dem gewölbten Boden 14 des inneren Topfes 10 eine unten gewölbte, oben ebene thermische Isolationsschicht 26 angeordnet ist. Das füllt den ansonsten vorhandenen Freiraum auf, stabilisiert die Gesamtanordnung, verteilt den aus dem Gewicht der Wärmespeichersteine 25 resultierenden Druck auf die volle Fläche des Bodens 14 des Topfes·10 und optimiert so die Gesamtanordnung. Welche Materialien hier für die thermische Isolationsschicht 26 bzw. die thermische Isolationsschicht 21 einzusetzen ist, ist aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise ein unter der Bezeichnung Procelit bekanntes Material. Als Wärmespeichersteine 25 kommen beispielsweise Magnesitsteine in Frage, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind.There are the options known in the state of the art for the design of the heat storage filling 4. The heat storage stones known per se are particularly suitable for completing the heat storage block on site. It is therefore recommended that the heat storage filling 4 consists of individual, preferably circular heat storage stones 25. Such heat storage stones 25, of which four circular units are stacked on top of one another in the illustrated embodiment and accommodate the heating element 5 in the central opening, usually have flat surfaces. However, in the illustrated embodiment, the bottom 14 of the inner pot 10 forming the inner wall 3 is curved downwards/outwards. According to the preferred embodiment shown here, a thermal insulation layer 26 curved at the bottom and flat at the top is arranged between the lowest heat storage stone 25 and the curved bottom 14 of the inner pot 10. This fills the otherwise existing free space, stabilizes the overall arrangement, distributes the pressure resulting from the weight of the heat storage stones 25 over the entire surface of the base 14 of the pot 10 and thus optimizes the overall arrangement. Which materials are to be used here for the thermal insulation layer 26 or the thermal insulation layer 21 is known from the state of the art, for example a material known as Procelite. Magnesite stones, as known from the state of the art, can be used as heat storage stones 25.
Fig. 3 zeigt nun ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Elektro-Wärmespeicherheizgerät. Dieses zeigt zunächst ein Außengehäuse 27, das eine bestimmte vorgegebene Tiefe hat, die optimal bei etwa 20 cm liegt. Im Außengehäuse 27 befinden sich nun mehrere Wärmespeicherblöcke 1, die im Querschnitt etwa kreisrund-topfförmig mit einem von der Tiefe des Außengehäuses 27 bestimmten Durchmesser ausgeführt sind. Je nach gewünschter Wärmespeicherkapazität sind dabei im Außengehäuse 27 mehrere Wärmespeicherblöcke 1 nebeneinander angeordnet, im dargestellten Ausführungsbeispiel vier Wärmespeicherblöcke 1. Man erkennt im Außengehäuse 27 weiter ein Gebläse 28, mit dem Umgebungsluft an-Fig. 3 now shows an example of an electric heat storage heater according to the invention. This first shows an outer housing 27, which has a certain predetermined depth, which is optimally around 20 cm. In the outer housing 27 there are now several heat storage blocks 1, which are approximately circular-pot-shaped in cross-section with a diameter determined by the depth of the outer housing 27. Depending on the desired heat storage capacity, several heat storage blocks 1 are arranged next to one another in the outer housing 27, in the embodiment shown, four heat storage blocks 1. In the outer housing 27, one can also see a fan 28, with which ambient air is drawn in.
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gesaugt und durch einen Luftströmungs-Zwischenraum 29 um die Wärmespeicherblöcke 1 herum zu einer Luftaustrittsöffnung 30 geblasen werden kann. Handelt es sich bei den Wärmespeicherblöcken 1 um erfindungsgemäß ausgestaltete Wärmespeicherblöcke 1, so kann mit Hilfe der jeweils vorgesehenen Gettereinrichtung 8 die Wärmeabgabe des Wärmespeicherheizgerätes insgesamt sehr feinfühlig gesteuert werden. Grundsätzlich wäre es auch möglich, die Anschlußstutzen 7 mehrerer Wärmespeicherblöcke 1 mit einer gemeinsamen Gettereinrichtung 8 zu verbinden, was hier allerdings nicht weiter dargestellt ist. Dann würde der Gasdruck in den Isolationszwischenräumen 6 aller Wärmespeicherblöcke 1 in gleicher Weise gesteuert. Denkbar wäre das wohl insbesondere bei Tandem-Anordnungen bzw. für jeweils eine Tandem-Anordnung in einem größeren Wärmespeicherheizgerät. Die Anschlußstutzen 7 benachbarter Wärmespeicherblöcke 1 könnten dann nämlich besonders einfach aneinander herangeführt werden, so daß sich nur kleine Todräume ergeben.sucked in and can be blown through an air flow gap 29 around the heat storage blocks 1 to an air outlet opening 30. If the heat storage blocks 1 are heat storage blocks 1 designed according to the invention, the heat output of the heat storage heater can be controlled very sensitively with the help of the getter device 8 provided. In principle, it would also be possible to connect the connection pieces 7 of several heat storage blocks 1 to a common getter device 8, although this is not shown here in more detail. The gas pressure in the insulation gaps 6 of all heat storage blocks 1 would then be controlled in the same way. This would be conceivable in particular for tandem arrangements or for one tandem arrangement in each case in a larger heat storage heater. The connection pieces 7 of adjacent heat storage blocks 1 could then be brought close to one another particularly easily, so that only small dead spaces arise.
Das erfindungsgemäße Wärmespeicherheizgerät verbindet die Vorteile des aus dem Stand der Technik bekannten Wärmespeicherheizgerätes, nämlich eine einbautechnisch vorteilhaft geringe Tiefe bei nahezu beliebiger Breite, mit den Vorteilen, die zuvor für im Querschnitt etwa kreisrund-topfförmige Wärmespeicherblöcke 1 erläutert worden sind.The heat storage heater according to the invention combines the advantages of the heat storage heater known from the prior art, namely an advantageously small depth in terms of installation technology with almost any width, with the advantages that have previously been explained for heat storage blocks 1 with an approximately circular, pot-shaped cross section.
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