Verfahren zur Erwärmung von Flüssigkeiten, insbesondere Wasser für Heizungs- oder Gebrauchszwecke, mittels Speicherwärme und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die bei der Speicherung von Energien, insbeson dere von elektrischer Energie auftretenden Probleme sind seit langem bekannt. Es wurden elektrisch be heizte Speicheröfen entwickelt, welche mittels billigem Nachtstrom aufgeheizt werden und die gespeicherte Wärme während des Tages zur Raumerwärmung ab geben. Ferner sind elektrische Warmwasserspeicher bekannt, durch welche mittels billigem Nachtstrom Warmwasser erzeugt wird, das dann tagsüber ver braucht werden kann.
Die elektrischen Speicheröfen sind infolge der für die Speicherung einer ausreichenden Wärmemenge notwendigen Speichermasse räumlich aufwendig und gewichtsmässig schwer, so dass sich bei der Auf stellung solcher Öfen infolge der grossen Boden belastung Schwierigkeiten ergeben. Ein weiterer Nachteil ist, dass je nach der Grösse des Raumes ein oder mehrere Speicheröfen aufgestellt werden müssen. Die aus den Speicheröfen austretende Luft ist hoch erhitzt und trocken. Sie wird daher von vielen Men schen als gesundheitlich nachteilig empfunden.
Bei den elektrischen Warmwasserspeichern be steht der Nachteil, dass in diesen nur eine sehr kleine Energiemenge speicherbar ist, da das Wasser meist nur auf 80-90 C erhitzt werden kann. Der Inhalt solcher Warmwasserspeicher ist ausserdem aus bau lichen Gründen und wegen der Aufstellung der Boiler sehr beschränkt; er reicht bei den üblichen Boilern für haustechnische Zwecke meist nur für ein Bad aus. Will man grössere elektrische Energiemengen spei chern, so müssen die Boiler in besonderen Räumen z. B. im Keller aufgestellt werden. Solche Anlagen sind aber sehr teuer und für übliche Wohnraumver hältnisse ungeeignet. Ein weiterer sehr erheblicher Nachteil der bekannten Speichervorrichtungen, ins- besondere der Warmwasserspeicher ist, dass nur eine zuvor festgelegte Temperaturbestimmung möglich ist.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren zur Er wärmung von Flüssigkeiten, insbesondere Wasser für Heizungszwecke oder für den Warmwasserge- brauch, lassen sich die oben erwähnten Nachteile ver meiden. Nach dem erfindungsgemässen Verfahren lässt sich beispielsweise die in einem bis zu 800 C hocherhitzten Wärmespeicherofen gespeicherte Wärme zur Erwärmung von Wasser für Heizungs- oder Ge brauchszwecke verwenden, ohne dass dabei plötzliche Verdampfung und damit die Gefahr von Explosionen gegeben sind.
Die Erwärmung des Wassers lässt sich ferner mit einfachsten Mitteln beliebig regeln, so dass nach Wahl heisses oder kälteres Wasser für den Warm wasserverbrauch oder für die Heizungsanlage zur Verfügung steht.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Erwärmung von Flüssigkeiten mittels in einer Spei chervorrichtung gespeicherter, von überschussenergie erzeugter Wärme, das sich dadurch kennzeichnet, dass ein in geschlossenem Kreislauf umlaufendes gas förmiges Medium als Wärmeträger die Wärme von dem Wärmespeicher abführt und einem von der zu erwärmenden Flüssigkeit durchströmten Wärineaus- tauscher überträgt. Als Wärmeträger kann Luft oder ein anderes gasförmiges Medium, z. B. Quecksilber dampf, verwendet werden.
Ferner ist Gegenstand der Erfindung eine Vor richtung zur Durchführung des Verfahrens, die da durch gekennzeichnet ist, dass sie einen mit Nacht strom beheizten elektrischen Wärmespeicherofen mit einer Wärmespeichermasse.besitzt, der mit Eintritts und Austrittsöffnungen für das umlaufende gasför mige Wärmeträgermedium versehen ist, und dass in den Kreislauf des Wärmeträgers ein von der zu er wärmenden Flüssigkeit durchströmter Wärmeaus- tauscher eingeschlossen ist.
Um zu erreichen, dass auch der Wärmeübergang dem jeweiligen Bedarf entsprechend regelbar ist, das heisst, um die Temperatur z. B. des Heizungs- oder Gebrauchswassers beliebig regeln zu können, kann in den Kreislauf des Wärmeträgers ein regelbares För- dermittel, beispielsweise eine Pumpe oder ein Ven tilator, eingebaut sein, das eine beschleunigte Um- wälzung des gasförmigen Wärmeträgers entsprechend der gewünschten Temperatur des zu erwärmenden Wassers ermöglicht.
Die Förderungseinrichtung kann dabei in Abhängigkeit von einstellbaren Wärme reglern oder Temperaturmessorganen, die an der Heizungsanlage oder an den Entnahmestellen für das Gebrauchswasser angeordnet sind, selbsttätig ge steuert werden.
Beim erfindungsgemässen Verfahren wird die Speicherwärme vorzugsweise mittels des billigen elek trischen Nachtstromes erzeugt. In diesem Falle ist ein Wärmespeicherofen mit elektrischen Widerständen vorgesehen, in dem als Wärmespeichermasse Stoffe mit grossem Wärmespeicherungsvermögen eingebaut sind. Als Wärmespeicherstoffe sind Metalle, Steine, Metallegierungen oder Salze mit hoher Schmelz- oder Kristallisationswärme besonders geeignet. Diese Stoffe können infolge ihrer Erhitzungsmöglichkeit auf hohe Temperaturen auf verhältnismässig geringem Raum grosse Wärmemengen aufnehmen.
Bei Salzen mit hoher Schmelz- und Kristallisationswärme wird durch physikalische bzw. chemische Umwandlungen noch eine zusätzliche Wärmemenge gespeichert, so dass diese Stoffe besonders grosse Wärmemengen über lange Zeit speichern können. Bei geeigneter Wahl der Wärmespeichermasse können mit dem erfindungs gemässen Verfahren auch andere überschüssige Wärmeenergien gespeichert und je nach Bedarf wieder nutzbar gemacht werden.
Der Erfindungsgegenstand soll anhand der Zeich nungen an Beispielen erläutert werden: Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zum Betrieb einer Zentralheizungsanlage. Fig. 2 ist eine Draufsicht auf den Wärmespeicher ofen nach Fig. 1 bei abgenommenem Oberteil.
Fig. 3 zeigt eine andere Vorrichtung für den Be trieb einer Zentralheizungsanlage.
Fig. 4 ist ein Beispiel für die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Erzeugung von warmem Gebrauchs wasser.
In den Figuren ist der Wärmespeicher, der in den Ausführungsbeispielen als elektrischer Wärmespei- cherofen dargestellt ist, mit 1 bezeichnet. Er be steht aus einer Anzahl elektrischer Heizelemente 2, die in die Wärmespeichermasse von grossem Wärme speichervermögen eingebettet sind. Als geeignete Speichermasse können Stoffe verwendet werden, bei denen ausser der spezifischen Wärme auch die Schmelzwärme oder jene Wärmeenergien zur Wärme speicherung nutzbar gemacht werden, die bei der Auf- Lösung von Mischkristallen infolge Erhitzung aufge nommen und bei der Rückkristallisation infolge Ab kühlung frei werden.
Es sind dies gewisse Salze, Me talle oder Metallegierungen, beispielsweise Natrium- Acetat oder eine bestimmte Legierung aus Aluminium und Zink. Bei Verwendung solcher Materialien als Speichermasse kann der Speicherofen sehr grosse Wärmemengen speichern, wobei er Temperaturen von etwa 700-900 C einnehmen kann. Zur Ver meidung von Wärmeverlusten ist der elektrische Spei cherofen mit einer Isolierschicht 6 umgeben.
Nach der Erfindung wird die in dem hocherhitz ten Speicherofen 1 gespeicherte Wärme mittels eines gasförmigen Wärmeträgers, beispielsweise atmosphäri scher Luft, auf die zu erwärmende Flüssigkeit über tragen. Dieser Wärmeträger wird im geschlossenen Kreislauf geführt. In Fig. 1 besitzt das Kanalsystem für den Umlauf des Wärmeträgers die Rohrteile 3 und 3'. Das Zuleitungsrohr 3' wird zweckmässig unten in den Wärmespeicherofen eingeführt, das Ableitungs rohr 3 ist im obern Teil des Ofens angeschlossen, um die natürliche Wärmeströmung der im Ofen er hitzten Luft auszunützen.
Es ist vorteilhaft, in der Speichermasse zahlreiche Kanäle vorzusehen, durch welche die zu erwärmende Luft in Teilströmen geführt wird und so durch innige Berührung mit der Wärme speichermasse die Wärme rasch aufnehmen kann.
Mittels des Gebläses 4 oder einer Pumpe, die in den Kreislauf des Wärmeträgers zweckmässig hinter dem Wärmeaustauscher 5 eingebaut ist, kann die umlaufende Luftmenge entsprechend dem Wärme bedarf geregelt werden. Diese Regelung des Gebläses kann von einstellbaren Thermostaten, die in die Ver brauchsstellen eingebaut sind, gesteuert sein. Die im Kreislauf umlaufende Luft tritt nach ihrer Erwärmung in den Wärmeaustauscher S ein. Dieser Wärmeaus- tauscher ist verschieden je nach den besonderen Ver hältnissen aufgebaut.
Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 besteht der Wärmeaustauscher aus einem Be hälter, durch welchen der gasförmige Wärmeträger in freiem oder mittels Leitblechen geführtem Strom geleitet wird. In dem Strömungsquerschnitt der er hitzten Luft ist bei dem Austauscher nach Fig. 1 eine Rohrschlange 7 mit oder ohne Lamellen oder der gleichen Mittel zur Erhöhung des Wärmeüberganges angeordnet. Die erhitzte Luft gibt in dem Wärmeaus- tauscher 5 ihre Wärme über die Rohrschlange 7 an das durch die Rohrschlange 7 gegebenenfalls im Ge genstrom zu der heissen Luft fliessende Wasser ab.
Die abgekühlte Luft wird von dem Gebläse 4 abgesaugt und wieder dem Speicherofen 1 zugeführt. Das im Wärmeaustauscher 5 erwärmte Wasser wird über das Leitungsrohr 8 den Zentralheizungsradiatoren 10 durch natürlichen Wärmeauftrieb zugeleitet, kühlt sich in den Heizungskörpern 10 ab und fliesst über den Rücklauf 11. zum Wärmeaustauscher 5 zurück. Mit 12 ist das in Zentralheizungsanlagen übliche Ex pansionsgefäss bezeichnet. Damit die Wärmezufuhr zu den Heizradiatoren geregelt werden kann, ist ein Temperaturregler 9 eingebaut, welcher das Gebläse oder die Pumpe 4 je nach Bedarf ein- oder ausschaltet. Anstelle des Reglers 9 kann auch ein Raumtempera turregler verwendet werden.
Für eine Feinregulierung - hauptsächlich für die übergangsheizperioden Früh jahr und Herbst - ist die Drosselklappe 12 in der Zufuhrleitung 3' vorgesehen.
In Fig.3 ist eine andere Ausführungsart des Wärmeaustauschers dargestellt. Bei der in dieser Figur abgebildeten Vorrichtung wird die den Wärme akkumulator 1 verlassende Heissluft in ein Rohr system 13 geleitet, welches sich in einem mit Wasser gefüllten Behälter 14 befindet. Die Wärmeübertra gung erfolgt hier über das von Heissluft erwärmte Rohrsystem 13, das beliebig in dem Behälter 14 ge führt sein kann, direkt an das Wasser im Behälter 14. Das im Wärmeaustauscher erwärmte Wasser steigt im Rohr 15 hoch und erwärmt die Heizradiatoren 10 und fliesst dann über das Rohr 11 in den Austauscher zurück.
Für eine Temperaturregelung ist der Regler 16 vorgesehen, welcher den Ventilator oder die Pumpe 17 je nach Bedarf ein- und ausschaltet. Für Feinregulierung dient ebenfalls die Drosselklappe 12.
Fig.4 zeigt schematisch eine Ausführungsmög lichkeit der Vorrichtung zur Erwärmung von Ge brauchswasser mittels eines Nachtstrom-Wärmespei- cherofens. Die Vorrichtung stimmt in wesentlichen Teilen mit der gemäss Fig. 3 überein, da auch hier der Wärmeaustauscher aus einem Behälter 18 besteht, durch welchen die Heizrohrschlange 19 geführt ist. Der Behälter ist isoliert ausgeführt, da er eine grosse Menge warmes Wasser speichern soll.
Die Anlage kann aber auch so ausgestaltet sein, dass das warme Gebrauchs wasser im Durchlaufprinzip erwärmt wird, oder dass zusätzliche Einrichtungen für eine Erhitzung des Wassers nach dem Durchlaufprinzip vorgesehen sind. Das Kaltwasser fliesst durch die Leitung 20 dem Warmwasserbehälter zu, wird dort erwärmt und kann durch das Ablaufrohr 21 über Warmwasserzapfstellen 22 entnommen werden. Es ist ebenfalls ein Tem peraturregler 16 im Behälter vorgesehen, der mit dem Gebläse 17 gekuppelt sein kann.
Wenn beispielsweise der Wärmespeicherofen mit Gebläse und Wärmeaus- tauscher zu einer baulichen Einheit vereinigt sind, so können auch Einrichtungen vorgesehen sein, um einen zusätzlichen Teil der Wärme des Speicherofens auch durch Wärmeleitung auf den Austauscher oder un mittelbar an die zu erwärmende Flüssigkeit zu über tragen. Dabei können die Vorrichtungsteile, die die Wärme unmittelbar durch Leitung übertragen, als zu- und abschaltbare Wärmeleitbrücken ausgestaltet sein, die dem Bedarf entsprechend verwendet werden.
Process for heating liquids, in particular water for heating or utility purposes, by means of storage heat and a device for carrying out the process. The problems encountered in the storage of energies, in particular electrical energy, have long been known. Electrically heated storage stoves have been developed, which are heated using cheap night-time electricity and give off the stored heat during the day to heat the room. Furthermore, electric hot water storage tanks are known, through which hot water is generated using cheap night electricity, which can then be consumed during the day ver.
The electrical storage stoves are spatially complex and heavy in terms of weight due to the storage mass required to store a sufficient amount of heat, so that difficulties arise when setting up such stoves due to the large soil load. Another disadvantage is that, depending on the size of the room, one or more storage stoves have to be installed. The air exiting the storage stoves is extremely heated and dry. It is therefore perceived by many people to be detrimental to health.
The disadvantage of electric hot water storage tanks is that only a very small amount of energy can be stored in them, since the water can usually only be heated to 80-90 C. The content of such hot water tanks is also very limited for constructional reasons and because of the installation of the boiler; With the usual boilers for technical purposes, it is usually only sufficient for one bath. If you want to store larger amounts of electrical energy, the boiler must be in special rooms, for. B. be placed in the basement. Such systems are very expensive and unsuitable for normal living space ratios. Another very significant disadvantage of the known storage devices, in particular the hot water storage tank, is that only a previously determined temperature determination is possible.
In the method according to the invention for heating liquids, in particular water for heating purposes or for hot water use, the above-mentioned disadvantages can be avoided. According to the method according to the invention, for example, the heat stored in a heat storage furnace heated to a temperature of up to 800 C can be used to heat water for heating or utility purposes, without sudden evaporation and thus the risk of explosions.
The heating of the water can also be regulated as required with the simplest means, so that hot or colder water is available for hot water consumption or for the heating system.
The invention relates to a method for heating liquids by means of heat stored in a storage device, generated by excess energy, which is characterized in that a gaseous medium circulating in a closed circuit as a heat carrier dissipates the heat from the heat accumulator and one from the heat store to be heated Heat exchanger through which liquid flows. The heat transfer medium can be air or another gaseous medium, e.g. B. mercury vapor can be used.
Furthermore, the subject matter of the invention is a device for carrying out the method, which is characterized in that it has an electric heat storage furnace heated by night current with a heat storage mass, which is provided with inlet and outlet openings for the circulating gaseous heat transfer medium, and that A heat exchanger through which the liquid to be heated flows is included in the circuit of the heat transfer medium.
In order to ensure that the heat transfer can be regulated according to the respective need, that is, to reduce the temperature z. B. to be able to regulate the heating or service water as desired, a controllable conveying means, for example a pump or a ventilator, can be installed in the circuit of the heat carrier, which accelerates the circulation of the gaseous heat carrier according to the desired temperature of the warming water.
The conveying device can be controlled automatically depending on adjustable heat regulators or temperature measuring devices that are arranged on the heating system or at the extraction points for the service water.
In the method according to the invention, the storage heat is preferably generated by means of the cheap elec tric night power. In this case, a heat storage furnace with electrical resistors is provided, in which substances with a large heat storage capacity are installed as heat storage mass. Metals, stones, metal alloys or salts with a high heat of fusion or crystallization are particularly suitable as heat storage materials. Due to their ability to be heated to high temperatures, these substances can absorb large amounts of heat in a relatively small space.
In the case of salts with a high heat of fusion and crystallization, an additional amount of heat is stored through physical or chemical transformations, so that these substances can store particularly large amounts of heat over a long period of time. With a suitable choice of the heat storage mass, other excess heat energies can also be stored with the method according to the invention and made usable again as required.
The subject matter of the invention will be explained with reference to the drawings using examples: Fig. 1 shows a schematic representation of a device for operating a central heating system. Fig. 2 is a plan view of the heat storage furnace of Fig. 1 with the upper part removed.
Fig. 3 shows another device for loading a central heating system.
Fig. 4 is an example of the inventive device for producing hot utility water.
In the figures, the heat accumulator, which is shown in the exemplary embodiments as an electrical heat accumulator furnace, is denoted by 1. It be available from a number of electrical heating elements 2, which are embedded in the heat storage mass of large heat storage capacity. As a suitable storage mass, substances can be used in which, in addition to the specific heat, the heat of fusion or those thermal energies can be used for heat storage that are absorbed when mixed crystals dissolve as a result of heating and are released during recrystallization due to cooling.
These are certain salts, metals or metal alloys, for example sodium acetate or a certain alloy of aluminum and zinc. When using such materials as storage mass, the storage heater can store very large amounts of heat, whereby it can reach temperatures of around 700-900 C. To avoid heat loss, the electric storage oven is surrounded by an insulating layer 6.
According to the invention, the heat stored in the hocherhitz th storage furnace 1 is carried by means of a gaseous heat carrier, for example atmospheric air, to the liquid to be heated over. This heat transfer medium is conducted in a closed circuit. In Fig. 1, the channel system for the circulation of the heat carrier has the pipe parts 3 and 3 '. The supply pipe 3 'is expediently inserted down into the heat storage furnace, the discharge pipe 3 is connected in the upper part of the furnace in order to use the natural heat flow of the air heated in the furnace.
It is advantageous to provide numerous channels in the storage mass, through which the air to be heated is guided in partial flows and can thus absorb the heat quickly through intimate contact with the heat storage mass.
By means of the fan 4 or a pump, which is expediently built into the circuit of the heat carrier behind the heat exchanger 5, the circulating air volume can be regulated according to the heat requirement. This regulation of the fan can be controlled by adjustable thermostats that are built into the consumption points. The air circulating in the circuit enters the heat exchanger S after it has been heated. This heat exchanger is constructed differently depending on the particular conditions.
In the embodiment according to FIG. 1, the heat exchanger consists of a loading container through which the gaseous heat transfer medium is passed in free current or current guided by means of baffles. In the flow cross-section of the heated air in the exchanger according to FIG. 1, a coil 7 with or without fins or the same means for increasing the heat transfer is arranged. In the heat exchanger 5, the heated air gives off its heat via the coil 7 to the water flowing through the coil 7, optionally in countercurrent to the hot air.
The cooled air is sucked off by the fan 4 and fed back to the storage furnace 1. The water heated in the heat exchanger 5 is fed via the pipe 8 to the central heating radiators 10 by natural heat lift, cools down in the heating elements 10 and flows back to the heat exchanger 5 via the return 11. With 12 the usual expansion vessel in central heating systems is referred to. So that the heat supply to the heating radiators can be regulated, a temperature controller 9 is installed, which switches the fan or the pump 4 on or off as required. Instead of the controller 9, a room temperature controller can also be used.
For a fine adjustment - mainly for the transition heating periods spring and autumn - the throttle valve 12 is provided in the supply line 3 '.
In Fig.3 another embodiment of the heat exchanger is shown. In the device shown in this figure, the hot air leaving the heat accumulator 1 is passed into a pipe system 13 which is located in a container 14 filled with water. The heat transfer takes place here via the hot air heated pipe system 13, which can be ge anywhere in the container 14, directly to the water in the container 14. The water heated in the heat exchanger rises in the pipe 15 and heats the radiators 10 and then flows back into the exchanger via pipe 11.
The controller 16 is provided for temperature control, which switches the fan or the pump 17 on and off as required. The throttle valve 12 is also used for fine adjustment.
FIG. 4 shows schematically a possible embodiment of the device for heating utility water by means of a night current heat storage furnace. The device corresponds in essential parts to that according to FIG. 3, since here too the heat exchanger consists of a container 18 through which the heating pipe coil 19 is guided. The container is designed to be insulated because it is supposed to store a large amount of warm water.
The system can also be designed in such a way that the warm service water is heated using the continuous flow principle, or that additional devices are provided for heating the water using the continuous flow principle. The cold water flows through the line 20 to the hot water tank, is heated there and can be withdrawn through the drain pipe 21 via hot water taps 22. There is also a Tem perature controller 16 is provided in the container, which can be coupled to the fan 17.
For example, if the heat storage furnace with fan and heat exchanger are combined to form a structural unit, devices can also be provided to transfer an additional part of the heat from the storage furnace to the exchanger or directly to the liquid to be heated by conduction. The device parts that transmit the heat directly by conduction can be configured as heat conducting bridges that can be switched on and off and used as required.