DE2731115A1 - Speicherheizanlage - Google Patents

Description

Fall 2785

DIDIBR-VERIE A. G. 62 Wiesbaden, Lessingstr. 16

und

Kulmbacher Klimageräte-Werk GmbH 8c Co. EG· 8650 Kulmbach, Am Goldenen Feld 18

Speicherheizanlage

Die Erfindung betrifft eine Speicherheizanlage mit einer in einem Speicherbehälter angeordneten luftdurchlässigen Schüttung körniger Feststoffteilchen als Wurmespeichermaterial, bei welchem eine Wärmequelle in einem von einem Lade- bzw. Entladegebläse geförderten Ladegasstrom vor dem Wärmespeichermaterial angeordnet ist·

Eine derartige Speicherheizanlage ist aus der DT-OS 19 39 534 bekannt. Die vorbekannte Anlage hat einen Speicherofen, der eine schüttung aus beispielsweise Keramikteilchen in einem flaschenähnlichen, unten geschlossenen und oben offenen Speicherbehälter enthält· Beim Beladen des Speicherofens wird an einer Wärmequelle vorbei, Luft durch die obere öffnung des Speicherbehälters in die Schüttung geführt und die Luft» welche ihre Wärme in der Schüttung abgegeben hat, entweicht seitlich durch die Wandungen des Speicherbehälters ins Freie. Beim Entladebetrieb wird Frischluft ebenfalls durch die seitlichen Wandungen in verschiedenen Höhen in die Schüttung geführt und nach Erwärmung in der Schüttung durch die obere öffnung des Speicherbehälters abgezogen. Die Führung des Lade-

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und Entladeluftströmes in einem offenen System als auch die Zuführung des Ladeluftstromes und die Abführung des Entladeluftstromes durch einen relativ engen Kanal bei seitlicher Ab- bzw. Zuführung des abgekühlten Ladeluftstromes bzw. Entladefrischluftstromes in den geschlossenen Speicherbehälter beeinträchtigen die Funktion.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine auch bei nur kurzen Ladezeiten schnell und voll wirksame Speicherheizanlage mit hohem Wirkungsgrad zu schaffen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Ladegasstrom und der Entladegasstrom durch die gesamte Höhe bzw. Länge und im wesentlichen über den gesamten Querschnitt der in dem Speicherbehälter angeordneten feinkörnigen Schüttung geringer Wärmeleitfähigkeit in einander entgegengesetzter Richtung geführt sind und wenigstens der Ladegasstrom im geschlossenen Kreislauf umläuft.

Durch das Anströmen der Schüttung über den ganzen Querschnitt beispielsweise mit einem Ladegasstrom von etwa 800⁰C wird die Schüttung von der Anströmseite her über den gesamten Querschnitt gleichmäßig schichtenweise fortschreitend erwärmt, wobei wegen der niedrigen Wärmeleitfähigkeit der Schüttung eine Wärmeleitung innerhalb der Schüttung verhindert wird. Dadurch wird die der Wärmequelle nächstliegende Zone der Schüttung sehr schnell auf hohe Temperaturen gebracht, ohne daß die anschließenden Zonen erwärmt würden. Der Temperaturgradient an der Rückseite ist relativ steil und wandert mit der Dauer des Ladebetriebes von der der Wärmequelle nächstliegenden Zone allmählich durch die gesamte Schüttung bedingt durch den Umstand, daß sich die jeweils vorne liegenden Zonen bereits auf die maximale Temperatur erhitzt haben

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und aus dem Ladegasstrom keine Wärme mehr aufnehmen können. Aufgrund dieser Umstände wird deutlich, daß selbst bei relativ kurzem Ladebetrieb, bei welchem sich lediglich eine relativ schmale, der Wärmequelle am nächsten liegende Zone auf relativ hohe Temperatur erhitzt, bei Umkehr des im geschlossenen Kreislauf geführten Gasstromes sofort Entladegas relativ hoher Temperatur aus dem Wärmespeichermaterial gewonnen werden kann. Diese vorteilhafte Wirkung wird also durch die Kombination der besonders ausgestalteten Führung von Lade- und Entladegasstrom mit der Auswahl einer Schüttung besonders niedriger Wärmeleitfähigkeit erreicht. Aufgrund der Führung des Lade- und Entladegases im Kreislauf wird e?n optimaler Wirkungsgrad der Speicherheizanlage erreicht.

Um zu verhindern, daß das Lade- und Entladegebläse von einem zu heißen Gasstrom beim Ladebetrieb, das heißt insbesondere nach dem vollständigen Aufladen der Schüttung beeinträchtigt wird, kann bei einer Weiterbildung der Erfindung in dem Ladegasstrom hinter dem Wärmespeichermaterial, aber vor dem Ladegebläse ein zweiter Wärmespeicher geringeren Volumens angeordnet sein. Dieser zweite Wärme 53 pe icher nimmt zum Schütze des Ladegebläses die erforderliche Wärme auf und kühlt damit den Ladegasstrom, der zu dem Ladegebläse gelangt, in erforderlichen Maß ab. Dieser zweite Wärmespeicher kann, da er überwiegend Schutzfunktion hat, ein wesentlich geringeres Volumen als das eigentliche Speichermaterial in dem Speicherbehälter haben. Die in den zweiten Schutzwärmespeicher gespeicherte Wärme wird aufgrund der Führung des Entladegasstromes aber auch wieder genutzt und geht nicht verloren. Als Speichermaterial in dem zweiten Wärmespeicher kann ebenfalls eine Schüttung nach der im Hauptspeicher enthaltenen Art vorgehen sein.

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Der Entladegasstrom kann zur direkten Luftbeheizung eingesetzt werden. Auch wenn in Ausgestaltung der Erfindung der Entladegasstrom in dem geschlossenen Kreislauf geführt ist kann er zur direkten Heizung verwendet werden. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es aber auch möglich, in dem geschlossenen Kreislauf einen Wärmetauscher anzuordnen, welcher dann für den Ladestrom von einem Bypass überbrückbar ist, um den Umlaufwiderstand im Ladebetrieb zu verringern.

Eine Regulierung der Temperatur des dem Verbraucher bzw. dem Wärmetauscher zugeführten Entladegasstromes kann dadurch auf einfache Weise erreicht werden, wenn der in dem geschlossenen Kreislauf liegende Speicherbehälter für den Entladegasstrom durch einen Bypass überbrückbar ist. Dann wird nämlich im Entladebetrieb nicht die gesamte im geschlossenen Kreislauf befindliche Gasmenge durch den Speicherbehälter geführt und immer wieder neu erhitzt, sondern mindestens teilweise an dem Speicherbehälter vorbei ohne erneute Erhitzung geführt und dem, dem Verbraucher oder Wärmetauscher zugeführten Entladegasstrom wieder zugemischt· Dabei kann beispielsweise an dem zweiten Wärmespeicher ein Thermostat vorgesehen sein, welcher doppelte Punktion hat, nämlich im Entladebetrieb reguliert er die Stellung der die Durchflußmenge des Bypasses bestimmende Klappenstellung, im Ladebetrieb sichert er die Überhitzung der Speicherheizanlage, ins besondere des Gebläses, da bei Erreichen einer bestimmten Maximaltemperatur über den Thermostaten das Gebläse abgeschaltet werden kann.

Da die in dem geschlossenen Kreislauf enthaltene Gas menge erheblich unterschiedliche Temperaturen und damit auch Volumina annimmt, ist es zweckmäßig, in dem ge schlossenen Kreislauf einen Ausgleichsbehälter anzuordnen·

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Dieser dient dem Druckabbau und verringert dadurch die Gefahr von Undichtigkeiten, die nicht nur einen Verlustfaktor darstellen würden, sondern auch bei den gewählten hohen Temperaturen für die Umgebung gefährlich wären.

Ermittlungen haben ergeben, daß ein optimaler Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Speicherheizanlage dann erreicht werden kann, wenn das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser der Schüttung in dem Speicherbehälter größer als 1, vorzugsweise größer als 1,5t und kleiner als 4, vorzugsweise kleiner als 2,5 ist.

Der Wirkungsgrad wird dadurch noch weiter verbessert, wenn zum gleichmäßigen Anströmen der Schüttung im Ladegasstrom vor der Schiittung Leitbleche vorgesehen sind. Um das gleichmäßige Durchströmen der Schüttung - in beiden Richtungen - zu verbessern, kann es zweckmäßig sein, daß das Trägerelement, auf welchem die Schüttung ruht, zur Mitte des Speicherbehälters zugeneigt ist, so daß also die Schutthöhe in der Mitte des Speicherbehälters insgesamt höher als an den Wandungen ist.

Das Trägerelement kann beispielsweise ein von einer Lochplatte abgestütztes Stahlnetz sein, welches die erforderliche Maschenweite hat, um die feinkörnigen Feststoffteilchen zu halten.

Das Trägerelement kann aber beispielsweise auch ein poröser Filterplattenstein, z.B. aus temperaturbeständigem Beton, sein, da das Trägerelement dann als Fertigteil mit der ontsprechenden geometrischen Gestalt und gegebenenfalls Durchbiegung auf einfache Weise hergestellt werden kann.

Die Teilchengröße des Wärmespeichermaterials sollte zwischen 0,5 und 3 mm, vorzugsweise 1 und 3 mm, liegen.

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Dann bietet nämlich bei annehmbarem Durchgangswiderstand die Schüttung dem Lade- und Entladegasstrom eine außerordentlich große Fläche dar, die einen schnellen Wärmeübergang sowohl im Lade- als auch im Entladebetrieb gewährleistet.

Die Wärmeleitfähigkeit des WärmeSpeichermaterials sollte vorzugsweise kleiner als 2 Kcal/mh°C sein. - Die Schüttung unmittelbar über dem Trägerelement kann eine Schicht von Feststoffteilchen größerer Teilchendurchmesser von bis zu io mm enthalten, um beispielsweise ein grobmaschigeres handelsübliches Stahlnetz für das Trägerelement benutzen zu können.

Die Speicherkapazit.it der erfindungsgemäßen Speicherheizanlage kann dadurch erhöht werden, daß die in den Speicherbehälter eingebrachte Schüttung eine definierte Feuchte hat, derart, daß bei Übergang der Feuchte auf das in dem geschlossenen Kreislauf enthaltene Gas dieses eine relative Feuchte von nicht mehr als 80% hat.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Speicherheizanlage,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Speicherheizanlage schematisch und

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Speicher heizanlage schematisch·

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind in dem geschlossenen Kreislauf hintereinander ein Speicherbehälter 1, ein zweiter Wärmespeicher 8, ein Gebläse 7 mit einem Antriebsmotor 6, ein Wärmetauscher 5 und in dem Speicherbehälter übereinander die als Heizstäbe ausgebildete wärmequelle 3 und die auf einem Träger-

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element 2 ruhende Schüttung 4 angeordnet. Das Gebläse kann das in dem geschlossenen Ireisiauf befindliche Gas vorwärts und rückwärts fördern.

Bei Förderung in Richtung L arbeitet die Anlage im Ladebetrieb, bei ve1ehern der Ladegasstrom von der Wärmequelle 3 erhitzt vird und die Schüttung 4 zonenweise fortschreitend erhitzt. Bei umgekehrter Förderung wird der Entladegasstrom E von oben gleichmäßig durch die gesamte Schüttung 4 geführt. Er heizt sich an den erhitzten Zonen der Schüttung 4 auf und das erhitzte Gas gelangt zum Wärmetauscher 5. Beim Entladebetrieb kann die Wärmequelle 3 als Direktheizung eingeschaltet werden· Beim Ladebetrieb verläßt bis zur maximalen Aufladung der Schüttung 4 auf die erforderliche Erhitzungstemperatur den Wärmespeicher 1 ein Gas von nur relativ niedriger Temperatur. Wenn aber die Schüttung 4 auf die erforderliche Temperatur voll aufgeladen ist, fangt der Wärmespeicher 8 die Überhitze ab, so daß das Gebläse 7 nicht beeinträchtigt werden kann. Erreicht der Wärmespeicher eine bestimmte Temperatur, kann die Anlage abgeschaltet werden. Während des Ladebetriebes kann ferner der Gasstrom über den Bypass 12 am Wärmetauscher 5 vorbeigeführt verden. - Im Entladebetrieb kann eine Teilmenge des umgeführten Gasstromes aufgrund der Stellung der riappen 9 durch einen Bypass 11 ohne Erhitzung an dem Speicherbehälter 1 vorbeigeführt und dann mit dem erhitzten Anteil wieder vermischt werden. Auf diese Weise läßt sich eine vorbestimmbare Temperatur des dem Wärmetauscher 5 zugeführten Entladegases regeln. Die Regelung kann beispielsweise von einem an dem Wärmespeicher 8 vorgesehenen Thermostaten vorgenommen werden. Der den Wärmespeicher 1 und den Wärmetauscher 5 umfassenden Teil der Anlage und die Verbindungsleitung dieser beiden Elemente ist von einer Wärmeisolierung 10 umgeben. Damit wird nicht nur der Speicherbehälter 1 selbst isoliert,

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sondern auch der gesamte Bereich, in ve1ehern der aus der Schüttung 4 austretende erhitzte Entladegasstrom bis zum Wärmetauscher 5 geführt wird, sovie dieser Wärmetauscher 5 selbst.

Beim Ladebetrieb erhitzt sich die Schüttung 4 von unten nach oben zonenweise von unten nach den, mit relativ steilem Temperaturgradienten am oberen Ende der erhitzten Zone, welcher durch die sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit der Schüttung 4 bedingt ist. Beim anschließenden umschalten auf Entladebetrieb gelangt der Entlade— gasstrom jedenfalls durch die bereits hoch erhitzte» wenn auch nicht sehr breite Zone der Schüttung 4, wodurch er auch nach einem nur kurzen Ladebetrieb bereits auf sehr hohe Temperaturen erhitzt werden kann.

In den Figuren 2 und 3 ist der Speicherbehälter ι liegend angeordnet. Ein Trägerelement für die Schüttung 4 ist dadurch tiberflüssig.

In Pig· 2 ist in Laderichtung L gesehen vor dem Ende der Schüttung in diese ein Temperaturfühler 13 eingelagert» über den das Gebläse 7 thermostatisch gesteuert wird. Das Gebläse wird abgeschaltet, sobald am Temperaturfühler eine hohe Temperatur erreicht ist. Das Volumen der Schüttung zwischen deren Ende und dem Temperaturfühler 13 entzieht dem Ladeluftstrom Wärme, so daß das Gebläse 7 vor überhitzung geschützt ist. Der nach dem AusfUhrungsbeispiel in Fig. 1 vorgesehene Wärmespeicher kann deshalb entfallen. Im Ladebetrieb befindet sich die Klappe 14 in der in Fig· 2 strichliert dargestellten Stellung· Der Ladeluftstrom streicht nicht an dem Wärmetauscher 5 vorbei, sondern strömt direkt durch den Bypass 12. Im Entladebetrieb nimmt die Klappe die in Fig· 2 dargestellte Lage ein. Der Bypass 12 ist jetzt gesperrt und der Entladeluftstrom gibt seine Wärme an den Wärmetauscher 5 ab.

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In Fig. 3 ist eine Speicherheizanlage dargestellt, die beim Entladebetrieb in offenem feisiauf arbeitet. Die zu erwärmende Raumluft wird dabei direkt durch die Speicherheizanlage geführt. Es ist ein weiteres, größeres Gebläse 15 vorgesehen, das beim Entladebetrieb Kaltluft ansaugt und diese in einem mittels einer Klappe 16 bestimmbaren Verhältnis durch die aufgeheizte Schüttung 4 und den Bypass 11 fördert. Eine im Ladestromkreis vorgesehene Klappe 17 steht dabei in der in Fig. 3 dargestellten Stellung. Aus der Speicherheizanlage tritt somit ein Luftstrom mit einer gewünschten Temperatur aus.

Im Ladebetrieb sind die Klappen 16 und 17 in die in Pig· strichliert dargestellte Stellung gebracht. Die Aufheizung der Schüttung 4 erfolgt in der beschriebenen Weise.

Die heißen Wandungen der Speicherheizanlage sind mit einer Wärmeisolation versehen.

Soll eine der beschriebenen Speicherheizanlagen zur Niedertarifzeit Wärme abgeben, oder ist die Schüttung für die gewünschte Wärmeabgabe nicht ausreichend geladen, dann kann durch, gegebenenfalls stufenweises, Zuschalten der elektrischen Heizstäbe 3 der Entladeluft strom direkt geheizt werden.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 und kann es vorteilhaft sein, die Drehzahl des Gebläses im Entladebetrieb in Abhängigkeit von der im Wärmetauscher 5 erreichten Wassertemperatur zu regeln·

Als preiswertes Speichermaterial für die Schüttung eignet sich beispielsweise Naturmagnesit oder Olivin.

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   Ί. opeicherheizanloge rait einer in einem Speicherbehälter angeordneten luftdurchlässigen Schüttung körniger Feststoffteilcnen als Wärmespeichermaterial, bei welchem eine Wärmequelle in einem von einem Lade— bzw. Entlade— gebläse geförderten Ladegasstrom vor dem Wärmespeichermaterial angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladegasstrom und der Entladegasstrom durch die gesamte Höhe bzw. Länge und Lm wesentlichen über den gesamten Querschnitt der in dem Speicherbehälter (i) angeordneten feinkörnigen Schüttung (4) geringer Wärmeleitfähigkeit in einander entgegengesetzter Richtung geführt sind und wenigstens der Ladegasstrom im geschlossenen Kreislauf umläuft.

   2. Speicherheizanlage nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet, daß auch der ßntladegasstrom in dem,geschlossenen Kreislauf geführt ist.

   3. Speicherheizanlage nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekenn-• zeichnet, daß in dem Ladegasstrom ninter dem Wärmespeichermaterial, aber vor dem Ladegebläse (7) ein zweiter Wärmespeicher (8) geringeren Volumens angeordnet ist. _βΟ9ββ₄/Ο242

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   4· Speicherheizanlage nacn Anspruch ι , 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß in dem geschlossenen Kreislauf ein Wärmetauscher (:>) angeordnet ist, weicher für den liacegasstrom von einem Bypass (12) überbrückbar ist.

   j. Spe !.cherheizanlage nacr. e^nem der Ansprüche 1 - 4» dadurch gekennzeichnet, naß der Speicherbehälter (i) f"'.ir den üntladeqasr.trom durch einen Bypass (11) über— ist.

   6. Speicherheizanlage nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch geKennzeichuei, daß in dem geschlossenen Kreislauf ein Ausgleichsbehälter (13) angeordnet ist.

   7. 3pcieherheiζanlage nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser der Schüttung (4) größer als 1 , vorzugsweise größer als 1,5» kleiner als 4, vorzugsweise kleiner als 2,5 ist.

   8. Speicherheizanlage nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß zum gleichmäßigen Anströmen der Schüttunj (4) im Lade- und Entladegasstrom vor der schüttung (4) Leitbieche vorgesehen sind.

   9. Speicherheizanlage nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttung (4) auf einem gasdurchlässigen Trägerelement (2) angeordnet ist.

   10. Speicherheizanlage nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (2) zur Mitte des Speicherbehälter (i) zugeneigt ist·

   11. Speicherheizanlage nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (2) ein von einer Lochplatte abgestütztes Stahlnetz enthält.

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   BAET ORIGINAL

   12. Speicherheizanlage nach einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (2) ein poröser Filterplattensein, zum Beispiel aus temperaturbeständigem Beton, ist.

   13. Speieherheizanlage nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchengröße des Wärmespeichermaterials zwischen 0,5 und 3 mm, vorzugsweise 1 und 3 mm, liegt.

   14. Speicherheizanlage nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitfähigkeit des Wärmespeichermaterials kleiner als 2 Kcal/mh X. ist.

   15. Speicherheizanlage nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttung (4) unmittelbar über dem Trägerelement (2) eine Schicht von Feststoffteilchen größerer Teilchendurchmesser von bis zu 10 mm enthält.

   16. Speicherheizanlage nach einem der Ansprüche 1 - 15, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Speicherbehälter (1) eingebrachte Schüttung (4) eine definierte Feuchte hat, derart, daß bei übergang der Feuchte auf das in dem geschlossenen Kreislauf enthaltene Gas dieses eine relative Feuchte von nicht mehr als 80% hat.

   17. Speicherheizanlage nach einem der Ansprüche 1 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein veiteres Gebläse (15) zur Förderung des Entladegasstromes vorgesehen ist·

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