DE1579864A1 - Elektrische Speicherheizung - Google Patents

Description

• "Elektrische Speicherheizung" Die Erfindung betrifft eine elektrische Speicherheizung, welche einen Behälter aufweist, in dem ein Heizelement oder mehrere Heizelemente angeordnet ist bzw. sind, das bzw. die von einem aufheizbaren Stoff umgeben ist bzw. sind, welcher seine Wärme über einen Wärmeaustauscher auf ein mit Flüssigkeit gefülltes Umlaufsystem überträgt. Es ist bekannt, aus in den Schwachlastzeiten (Nachtzeit) entnommenem Strom Wärme für die Beheizung von Räu@?en zu speichern. Die Speicherung erfolgt dabei in keramischen oder gußeisernen Wärmespeichern, durch die dann mittels eines Umlaufsystems Luft aufgeheizt wird, die ihre Wärme an Raumheizkörper abgibt., Derartige Wärmespeicher benötigen jedoch je nach der zu speichernden Wärmemenge entaprechende Mengen Speichermaterial mit großen Wärme aufnehmenden und abgebenden Flächen und relativ geringer Wandstärke, so daß eich Wärmespeicher großer kostspieliger Bauform ergeben. Weiterhin ist eine elektrische Speicherheizung bekannt geworden, bei welcher das elektrische Heizelement von einer Ölfüllung umgeben ist, die in den Speicherzeiten aufgeheizt wird. Die Ölfüllung befindet sich in einem besonderen Gehäuse. Die Temperatur der Ölfüllung wird auf ein Umlaufsystem übertragen, und zwar mittels eines Wärmeaustauschers. Dieses Umlaufsystem ist unmittelbar an angeschlossen. Der Nachteil dieser bekannten Ausführungsart beteht darin, daß durch den unmittelbaren Anschluß der Temperaturschwankungen auftreten, und zwar ist bei voll aufgeladenem Speicher die Temperatur der einzelnen Heizkörper vergleichsweise hoch, während sie bei teilentleertem Speicher entsprechend absinkt. Eine Anpassung an den jeweiligen Wärmebedarf ist somit nicht. möglich.. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die An-Ordnung vergleichsweise aufwendig ist, insbesondere in bezug auf die Größenabmessungen® Von diesem, Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Wärmespeicher zu schaffen, welche kleine Baufora und. hohe Leistung aufweisen, sowie leicht an bestehende Reizanlagen angeschlossen werden kennen und eire genaue Temperaturregelung des Keizgswasserkreislaufes ermögliche. GQmäß der EL'giUdung Iiird die s dadurch erreicht, daß in das die Speicherwärno aufnehmende Umlaufsystem ein Wärmetauscher in ein die Wärme an die Raumheizkörper Umlaufsystem eingeschaltet ist. Auf diese Weise ergibt sich ein geschlossenes abschaltbares Umlaufsystem für den Wärmespeicher. Dadurch, daß das Umlaufsystem gemäß dem Vorschlage der Erfindung über einen zusätzlichen Wärmeaustauscher an den eigentlichen Heizkreislauf angeschlossen ist, ergibt sich eine vollständige Trennung. Diese Ausführung-gestattet daher einen nachträglichen Anbau an bestehende Heizanlagen, wobei die Vor- und Rückläufe des Heizungskreislaufes statt bisher an den Heizungskessel, nunmehr an den Wärmeaustauscher des Umlaufsystems angeschlossen sind. Weiterhin ist eine genaue Temperaturregelung des Heizungswasserkreislaufes möglich, und zwar über die gesamte Heizzeit hinweg, so daß eine Anpassung an den jeweiligen Wärmebedarf durchzuführen ist. In diesem Zusammenhang sei noch darauf hingewiesen, daß.der Gegenstand der Erfindung mit vergleichsweise hohen Temperaturen arbeitet, und zwar mit-Speichertemperaturen von 500 -6000, so daß kleine kompaA Baueinheiten völlig ausreichen, um den Bedarf zu decken. Als besonders geeignet für die Speicherung größerer Wärmemengen hat sich ein Salzgemisch NaOH + NaN03 erwiesen, welches zuzüglich der Ausnutzung der Schmelzwärme ein Speichervermögen von 126 kcal/kg hat. Die Anordnung nach der Erfindung wird vorzugsweise so ausgeführt, daß das Umlaufsystem nur im Bereich des Wärmespeichers oder bis wenig darüber mit Flüssigkeit (Wasser) gefüllt ist. Dadurch wird erreicht, daß der bei der hohen' Temperatur nach Aufheizung des Wärmespeichers entstehende Wasserdampf sich im Umlaufsystem oberhalb der Wasserfüllung ohne Gefahr sammeln und seine Wärme an die den Wärmetauscher und die Raumheizkörper durchströmende Flüssigkeit abgeben kann.- Durch Anordnung einer Umwälzpumpe, deren Motor durch einen von der Temperatur der Speicherfüllung, der Umlaufflüssigkeit oder des Wasserdampfes beeinflußten Thermostaten nach beendeter Dampfbildung 'eingeschdtet wird, erfolgt dann eine Umwälzung der Flüssigkeit, um die noch für die Raumheizung nutzbare Wärme zu übertragen. Die Wärmeübertragung vom Wärmespeicher an das Umlaufsystem er-

  folgt nach einem weite@k@`f Erfindung mittels Rohren größerer

  Querschnitte, die zur Erzielung einer größtmöglichen Wärme-Übertragung von Verdrängerkörpern durchsetzt werden. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Ausgleichgefäß im Umlaufsystem hinter dem Wärmetauscher angeordnet. Ferner ist der Wärmespeicher am oberen Ende mit einem Luft- oder Gasausgleichsgefäßverbunden, um die Dehnungsschwankungen der Wärmespeicherfüllung abzufangen. Mittels eines im Umlaufsystem des Wärmespeichers angeordneten, thermostatisch gesteuerten Regelorgans wird die dem Wärmetauscher zugeführte Wasserdampfmenge'bzw. die Umlaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit des Wärmespeicher-Umlaufsystems und damit die Wärmezufuhr zu dem Umlaufsystem der Raumheizkörper geregelt. Der Wärmespeicher besteht erfindungsgemäß aus einer Batterie von Einzelspeichern, die in einer dem Wärmebedarf entsprechenden Anzahl aneinandergefügt sind und in einem wärmeisolierten Behälter angeordnet sind.
• Die Wärmeis&ierung dieses Behälters besteht nach einem weiteren Merkmal der Erfindung aus Glas- oder Mineralwolle, die vön flüssigkeitsgekühlten Wänden oder Rohren durchsetzt ist, wobei die erwärmte Kühlflüssigkeit an die Rücklaufleitung des Umlaufsystems angeschlossen ist. Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise veranschaulicht. Fig. '! ist eine Vorderansicht eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Wärmespeichers in teilweise senkrechtem Schnitt, Fig. 2 , 3 und 4 sind. weitere Ausführungsformen in Vord.eransieht, Fig. 5 zeigt eine Batterie von Einzelwärmespeichern in einem wärmeisolierten Behälter, Fig. 6 ist ebenfalls eine weitere Ausführungsform in senkrechtem Schnitt und Fig. 7 ein waagerechter Schnitt nach Fig. 6, Fig. S ein senkrechter Schnitt. nach Fig® 6. Der in Figa 1 mit 1 bezeichnete Wärmeepeicherbeh,ter mit einer #'ah® von etwa 800 am, einer Breite von 150 mm und einer-Tiefe von 45Q mm besteht aus einem Tiefziehbleöh mit etwa. 1,5 mm Wandstärke. Als Wärm:espeicherstoff wird ein Salzgemisch verwendet, das bis etwa 50 mm unterhalb des Deckels 2 eingefüllt ist. Mit dem-Behälter 1 ist oben ein als Faltenbalg ausgebildetes Luft- oder Gasausgleichsgefäß 3 verbunden, um die Dehnungsschwankungen des Salzgemisches aufzunehmen. In den Behälter 1 werden gelochte Versteifungsbleche eingeschweißt, um den Kristalldruck des erstarrenden Salzgemisches abzufangen. Der so ausgebildete Behälter faßt ein Salzgemisch von etwa 95 g. Um das Salzgemisch in etwa 8 Stunden vom 1000 C auf 4800 C aufzuheizen, sind mit einem Tiefziehblech ummantelte haarnadelförmige Heizelemehte 4 im Salzgemisch angeordnet. Der Behälter 1 wird.von dicht mit Boden und Decke verbundenen Rohren 5 großen Durchmessers durchsetzt, um eine große Wärmeübertragun.gsfläche zu schaffen. An die Rohre 5 ist ein Umlauf-

  system 6 angeschlossen. Die mit Wasser gefüllten Rohre 5 wer-

  don von Verdrängerkörpern ? durchsetzt.

  In das Umlaufsystem 6 ist ein Wärmetauscher 8 geschaltet,

  d@r durch doo Vorlaufleitung 9 und Rücklaufleitung 10 mit den

  nicht dcxgostellten Raumheizkörpern verbunden ist.

  Das fwlaßystam 6 ist durch eine Rohrleitung 11 mit einem

  das Plüseigkeitaniveau bestimmenden-Ausgleichgefäß 1 2 ver-

  bunden. Das Flüssigkeitaniveau wird so hoch gehalten, daß

  die Flüssigkeit vor dem Aufheizen des Wärmespeichers die Rohre 5 vollständig füllt. Dadurch bilden die Rohrleitungen oberhalb der Decke 2 des Wärmespeichers 1 Dampf#ammelräume für den in den Rohren 5 nach dem Aufheizen entstehenden Wasserdampf. Der Wasserdampf gibt seine Wärme im Wärmetauscher 8 -an das Umlaufsystem 9, 10 für die Raumheizkörper ab. Das Kondensat fließt den Rohren 5 unten wieder zu. In der Dampfleitung zum Wärmetauscher 8 ist ein Regelorgan 13 angeordnet, das thermostatisch gesteuert wird, um der Warmwasserumlaufleitung 9, 10 die von der Außentemperatur abhängige Wärmemenge zuzuführen. Die Dampferzeugung unterliegt einer Selbstregelung, die bewirkt, daß Dampf nur in dem Maße erzeugt wird als vom Wärmetauscher abgenommen werden kann. Je größer der Staudruck in der Dämpfleitung ist,.um@so mehr wird durch den in den Rohren 5 herrschenden Dampfdruck das Wasser aus diesen zurück in das Ausgleichsgefäß 1 2 gedrückt. Die Dampferzeugung hört auf, sobald die Rohre 5 kein Wasser mehr enthalten. Sie setzt erst dann wieder ein, wenn der Staudruck in der Dampfsammelleitung und der Dampfdruck in der Dampferzeugungseinrichtung gesunken

  neut

  sind und dadurch Wasser eraus dem Ausgleichsgefäß in die

  Dampferzeugungseinrichtung einströmen kann und die Rohre sich wieder mit Wasser füllen. Wenn die Speicherwärme soweit abgesunken ist, daß kein Dampf mehr erzeugt wird, kann noch restliche Wärme dem Wärmespeicher dadurch entnommen werden, daß mittels einer in einer Umführungs= leitung 14 angeordneten Umwälzpumpe 15 das Wasser in dem Rohr-. System 6 umgewälzt wird. In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist der Ausgleichbehälter 12 in dem Umlaufsystem 6 hinter dem Wärmetauscher 8 angeordnet, derart, daß das Kondensat aus einem Auslauf 26 unmittelbar in den Ausgleichbehälter fließt. Der Ausgleichbehälter ist durch die von dem Auslauf 26 durchsetzte Deckenöffnung größeren Durchmessers mit der Außenluft verbunden. Bei der in Figo 3 dargestellten Ausführungsform ist das Umlaufsystem 6 des Wärmespeichers 1 mit einem an dem Wärmespeicher befestigten, die Wärme aufnehmenden Wasserbehälter 16 verbunden. Die Wärme wird dabei durch mehrere nebeneinander angeordnete Kühlerbleche 17 übertragen, die wärmeleitend mit dem Boden des Wärmespeichers verbunden sind. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist der Wärmespeicher 1 von dem Dampferzeugungsraum 18 umgeben. Die Einzelwärmespeicher 1 sind, wie in Fig. 5 dargästellt, in einem gemeinsamen Dampferzeugungsbehälter 18 angeordnet, dessen Wandung mit einer Wärmeisolierung 19 aus Glas- oder Mineralwolle versehen ist. Die Wärmeisolierung wird von einer Flüssigkeitskühlwand 20 durchsetzt. Die erwärmte Flüssigkeit ist mit der Riieklaufleitung des Umlaufsystems.verbunden. Bei der in Figo 6, 7 und 8 dargestellten Ausführungsform ist der kreisrund ausgebildete Wärmespeicher 1 ebenfalls in einem Dämpferzeugungsbehälter 21 angeordnet. Der so gebildete Ringraum ist über einen Dampfabscheider 22 mit einem Ausgleichsgefäß 23 verbunden. In. dem Dampferzeugungsbehälter 21 bzw. dessen Ringraum sind parallel geschaltete Rohrwindungen (Sondensationsrohrwindungen) 24 angeordnet, deren Enden in Steigrohre 25 und 2'7 münden. Das Steigrohr 25 ist am oberen Ende über einen Dampfabscheider 28 mit der Vorlaufleitung 29, das Steigrohr 2? am unteren Ende mit der Rücklaufleitung 30 verbunden. Vorlaufleitung-29 und Rücklaufleitung 30 sind ihrerseits mit den nicht dargestellten Raumheizkörpern verbunden. Der nach Aufheizung des Wärmespeichers 1 in dem Ringraum 21 sich bildende Dampf drückt das Wasser über den Dampfabscheider 22 in das Ausgleichsgefäß 23 solange, bis sich nach genügender Wärmeabgabe des Wärmespeichers 1 wieder das vom Auagleichabehälter 23 bestimmte Flüssigkeitsniveau bildet. Eine in das Umlaufsystem 30, 2?, 24, 25, 28 und 29 der Raumheizkörper geschaltete thermostatiseh gesteuerte Pumpe 31 dient dem Zwangsumlauf des Wassern in dem Umlaufsystem.

Claims (1)

1. Patent a n s p r ü c h e 10) Elektrische Speicherheizung, welche einen Behälter aufweist, in dem ein Heizelement oder mehrere Heizelemente angeordnet ist bzwo sind, das bzw. die von einem aufheizbaren Stoff umgeben ist bzw. sind, welcher seine Wärme über einen.Wärmetauscher auf ein mit Flüssigkeit gefülltes Umlaufsystem überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß,in das die Speicherwärme aufnehmende Umlaufsystem (6) ein Wärmetauscher (8) mit einem die Wärme an die Raumheizkörper abgebendee Umlaufsystem (9,'f0) eingeschaltet ist. 2.) Elektrische Speicherheizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlaufsystem (6) des Wärmespeichers (1) oberhalb des die Speicherwärme aufnehmenden Bereichs'nur teilweise mit-Flüssigkeit gefüllt: ist. 3.) Elektrische Speicherheizung nach Anspruch 1 und/oder 2, gekennheiehnet durch ein mit dem Umlaufsystem (6) verbundenes Ausgleichsgefäß (12) einer so großen Flüssigkeitsfüllung, daß mittels einer in das Umlaufsystem (6) einschaltbaren Umwälzpumpe (15) eine vollständige Flüssigkeitsumwälzung möglich ist. 4.) Elektrische Speicherheizung nach Anspruch 1 und-einem oder mehreren der fölgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlauf-System (6) die Salzfüllung des Wärmespeichers (1) mittels Rohren (5) größeren Querschnittes durchsetzt, die von Verdrängerkörpern (7) durchsetzt werden. 5.) Elektrische Speicherheizung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichgefäß (12) im Umlaufsystem (6) hinter dem Wärmetauscher (8) angeordnet ist4 6.) Elektrische Speicherheizung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (1) mit einem Luft- oder Gasausgleichgefäß (3) verbunden ist. 7.) Elektrische Speicherhe.zung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in der-Umlaufleitung (6) ein Regelorgan (13) angeordnet ist. 8.) Elektrische Speicherheizung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmespeicher (1) zu einer Batterie vereinigt in einem wärmeisolierten Behälter angeordnet sind. 99) Elektrische Speicherheizung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Behälters aus einer Glas-oder Mineralwollisolierung ('t9) besteht, die von einer Flüssigkeitskühlwand (20) oder Rohren durchsetzt ist und die erwärmte Kühlflüssigkeit an die Rücklaufleitung des Umlaufsystems (6) angeschlossen ist.