DE8008136U1 - Waermespeicher fuer eine warmwasserheizungsanlage - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher für eine Warmwasserheizungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige mit Nachtstrom aufheizbare Wärmespeicher werden als Wärmequellen für Heizanlagen von einzelnen Wohnungen verwendet. Der gesamte Wärmespeicher inklusive einer den eigentlichen Speicherblock umschließenden Isolierschicht und eines äußeren Blechgehäuses hat die üblichen Einbaumaße eines Geschirrspülers oder einer Waschmaschine und kann wie diese Geräte in einer Einbauküche aufgestellt werden. Selbst wenn man auf die Einhaltung derartiger Normmaße verzichten würde, könnte man die Größe eines derartigen Wärmespeichers nicht beliebig erhöhen, um größere Wohnungen auf gleiche Weise heizen zu können, da das Gewicht des Wärmespeichers hierbei stark zunehmen würde und die Belastbarkeit der Decke des Wohngebäudes rasch überschritten würde.

Die bekannten mit Nachtstrom beheizten Wärmespeicher eignen sich somit nur zur Verwendung in Heizanlagen für kleinere Wohnungen, in der Regel 2- oder 3-Zimmerwohnungen.

Durch die vorliegende Erfindung soll ein elektrisch beheizter Wärmespeicher für eine Heizanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weitergebildet werden, daß er sich auch für größere Heizanlagen in größeren Wohnungen eignet, ohne daß sein Gewicht nennenswert vergrößert wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch einen Wärmespeicher gemäß Anspruch 1 .

Bei der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, daß das Aufheizen des Speicherblockes durch Nachtstrom insbesondere an sehr kalten Tagen nicht bis auf die vorgesehene maximale Speichertemperatur erfolgt, da schon in der Nacht dem Speicherblock wieder

Wärme entzogen wird. Zu Beginn der Tagstromzeit ist der Speicherblock also nur teilweise mit Wärme aufgeladen. Dieser nach- .'_; teilige Effekt tritt dann besonders verstärkt auf, wenn man f mit einer nächtlichen Temperaturabsenkung arbeitet, weil dann
gerade in den frühen Morgenstunden eine hohe Heizleistung be- '. nötigt wird, welche dem Speicherblock entnommen werden muß. % Bei dem erfindungsgemäßen Wärmespeicher kann der während der k Nachstromzeit auftretende Wärmebedarf der Heizanlage direkt ;. durch den ebenfalls mit billigem Nachtstrom arbeitenden Durch- ;; lauf erhitzer gedeckt werden; die W arme auf ladung des Speicher- f? blockes kann also unabhängig vom momentanen Wärmebedarf der if. Heizanlage bis zum Maximum erfolgen. Insbesondere kann das : Wiederanheben der Temperatur am Morgen durch den Durchlauferhitzer rasch und unter Verwendung von billigem Nachtstrom
direkt erfolgen; dem Speicherblock wird hierzu noch keine Wärme
entzogen, man geht mit voll aufgeladenem Speicherblock in den f. Normaltarifbereich des Tages hinein. i

Bei dem erfindungsgemäßen Wärmespeicher ist somit die Speicherkapazität nicht auf die unter ungünstigsten Wetterbedingungen : erforderliche maximale Heizleistung ausgelegt; sie braucht nur ' den Wärmebedarf innerhalb der Normaltarifzeiten in etwa abzu- f decken. Auch dies braucht aber nicht für extremste Außentempe- § raturen gewährleistet zu sein, da in diesen selten auftretenden $ Fällen mit Normaltarifstrom durch den Durchlauferhitzer zugeheizt werden kann. Es entstehen dabei zwar an diesen wenigen ₍ g Tagen höhere Heizkosten, man kann aber auf diese Weise von der ·] bequemen, sauberen, störunanfälligen und bei Nichtauftreten ex- ( tremer Temperaturverhältnisse billigen Heizung auch in größeren ■■ Wohnungen Gebrauch machen, bei denen dies bisher nicht möglich
war. ;

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Wärmespeichers ist
der, daß man kurze Niedertarifzeiten während des Tages, welche
in der Regel 1 1/2 bis 2 Stunden dauern und um die Mittagszeit
liegen, sehr effektiv zur Temperaturerhöhung verwenden kann,

da die volle Leistung des Durchlauferhitzers direkt und ohne Verzögerung dem Heizkreislauf zugeführt wird. Gleichzeitig kann auch noch der Speicherblock wieder aufgeheizt werden.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Wärmespeichers ist der, daß man nach Außerbetriebnahme der Heizung, z. B. während eines Urlaubs, die Wohnung rasch wieder aufheizen kann. Dies ist bei bekannten elektrisch beheizten Wärmespeichern nicht möglich, da das Aufheizen des Speicherblockes viel Zeit benötigt .

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 ist sichergestellt, daß die vom Durchlauferhitzer abgegebene Wärme unmittelbar in den Heizkreislauf abgegeben wird.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 ist im Hinblick auf einen kompakten Aufbau des gesamten Wärmespeichers von Vorteil.

Ein Gehäuse des Durchlauferhitzers, wie es im Anspruch 4 angegeben ist, läßt sich leicht unter Verwendung von Rohrmaterial herstellen. Man erhält so auch eine verlustfreie laminare Wasserströmung im Durchlauferhitzer.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 ist sichergestellt, daß immer neue Bereiche des Wasserstromes in Berührung mit den Heizstäben kommen, die Wärme vom Heizstab also sehr effektiv abgeführt wird.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 6 sichert eine einfache gemeinsame Wartbarkeit von Durchlauferhitzer und Wärmetauscher und ist zudem im Hinblick auf einen besonders kompakten Aufbau des Wärmespeichers von Vorteil.

Auch die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 dient einem kompakten Aufbau des Wärmespeichers.

Bei einem Wärmespeicher gemäß Anspruch 8 ist sichergestellt, daß der hohe Leistung aufweisende Durchlauferhitzer nicht auf unzulässig hohe Temperatur kommt.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 9 verhindert eine direkte Wärmeabgabe des Durchlauferhitzers an den Raum, in welchem der Wärmespeicher aufgestellt.ist.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1: eine perspektivische teilweise weggebrochene Ansicht eines Wärmespeichers für eine Heizanlage einer Etagenwohnung;

Fig. 2: eine schematische Aufsicht auf die Vorderseite eines abgewandelten Wärmespeichers; und

Fig. 3: eine schematische Aufsicht auf die Vorderseite eines weiteren abgewandelten Wärmespeichers.

Fig. 1 zeigt einen Wärmespeicher für eine Etagenwarmwasserzentralheizung. Ein Rahmen des Wärmespeichers besteht aus einer Grundplatte 10, welche über Winkelschienen 12 auf dem Boden ruht. Auf der Oberseite der Grundplatte 10 sind vier Winkelprofile 14 angeschweißt, deren obere Enden gegebenenfalls über angeschweißte Verstrebungen zusätzlich verbunden sein können.

In die Winkelprofile 14 sind Wände 16 eingesetzt, welche aus Blech oder aus Asbestzementplatten gefertigt sein können. Im Inneren des durch die Wände 16 begrenzten Raumes sind quader-

förmige Magnetitsteine 18 aufgeschichtet. Zwischen den Magnetitsteinen 18 sind Heizdrähte oder Heizstäbe angeordnet, welche in der Zeichnung nicht wiedergegeben sind und über elektrische Klemmen 20, 22 mit dem Netz verbindbar sind. Ein Deckel 24 verschließt die offene obere Seite des durch die Grundplatte 10, die Winkelprofile14 und die Wände 16 gebildeten Behälters für die Magnetitsteine 18.

Die Magnetitsteine 18 sind so geschichtet, daß zwischen ihnen Durchgänge 26 verbleiben, durch welche Luft umgewälzt werden kann, über welche dem insgesamt mit 28 bezeichneten Speicherblock die Wärme wieder entzogen werden kann. Hierzu dient ein nicht näher gezeigtes Gebläse, das in einem Wärmetauscher 30 angeordnet ist und die Luft an einer wasserdurchströmten gewendelten Wärmetauscherschlange (ebenfalls nicht gezeigt) vorbeiführt, welche einlaufseitig mit einer Rücklaufleitung 31 der Heizanlage verbunden ist.

Ein in den Speicherblock 2 8 hineinragender Temperaturfühler 32 ist.mit einer nicht gezeigten Speichersteuerelektronik verbunden, welche die Klemmen 20 und 22 dann vom Netz trennt, wenn die vorgesehene maximale Speichertemperatur erreicht ist.

Die oben beschriebenen Teile des Wärmespeichers sind von einem Isoliermantel 34 allseitig umgeben, welcher in Fig. 1 ebenso wie ein ihn schützendes Blechgehäuse 36 fast vollständig weggebrochen ist.

Bisher-war es üblich, den Auslaß des Wärmetauschers 30 mit der Vorlaufleitung der Heizanlage zu verbinden. Bei dem hier betrachteten Wärmespeicher ist zusätzlich ein elektrischer Durchlauferhitzer 38 vorgesehen, welcher zwischen den Auslaß des Wärmetauschers.30und die mit 40 bezeichnete Vorlaufleitung der geschaltet ist.

Der Durchlauferhitzer 38 hat ein gestrecktes zylindrisches Ge-

häuse 42, in welchem ein wendelförraiger Heizstab 44 angeordnet ist. Letzterer ist über Klemmen 46, 48 und die Speichersteuerelektronik mit dem Netz verbindbar. Der Einlaß und der Auslaß des Gehäuses 42 sind in den Gehäusestirnwänden vorgesehen. In der Nähe des Auslasses des Durchlauferhitzers 38 ist ein Ubertemperaturwächter 50 angeordnet, welcher ebenfalls mit der Speichersteuerelektronik verbunden ist und ein Unterbrechen der Verbindung des Heizstabes 44 mit dem Netz herbeiführt, wenn vom Wasser der Heizanlage z. B. wegen Ausfalles der Umwälzpumpe nicht so viel Wärme abgeführt werden kann wie der Heizstab 44 abgibt.

Wie Fig. 1 zeigt, ist der Durchlauferhitzer 38 quer über dem Wärmetauscher 30 unter Verwendung von Schrauben 52 an Winkeln 54 befestigt, die ihrerseits an den vorderen Winkelprofilen 14 festgeschweißt sind.

Unter Verwendung einer geeignet programmierten Speichersteuerelektronik arbeitet der oben beschriebene Wärmespeicher folgendermaßen: Während der Niedertarifzeiten wird zumindest im letzten Teil (in der Praxis während der letzten beiden Stunden) eine Wärmeentnahme aus dem Speicherblock 28 unterbunden; vielmehr wird dieser nur noch auf die gewünschte Solltemperatur aufgeheizt, welche in bekannter Weise von der jeweiligen Außentemperatur abgeleitet sein kann. Der momentane Wärmebedarf der Heizanlage wird dagegen zumindest während dieses letzten Teiles der Niedertarifzeit über den Durchlauferhitzer 38 gedeckt. Eine derartige Programmierung der Speichersteuerelektronik sorgt dann automatisch auch dafür, daß der Wärmebedarf der Heizanlage bei kurzen Niedertarifzeiten über den Durchlauferhitzer gedeckt wird.

Zusätzlich kann die Speichersteuerelektronik für die Zeiträume, in denen der Durchlauferhitzer 38 zugeschaltet wird, die Sollvorlauftemperatur erhöhen, um auch die Wassermenge der Heizanlage zur kurzfristigen Wärmespeicherung heranzuziehen und um

in dieser Zeit ein besonders rasches Annähern an die gewünschte Raumtemperatur zu gewährleisten.

Während der Normaltarifzeiten wird dagegen die Erregung des Durchlauferhitzers 38 im normalen Steuerbetrieb unterbunden. Eine zusätzliche Handschaltung kann vorgesehen sein, um bei Bedarf, z. B. bei Rückkehr aus einem Urlaub, die Heizanlage mit Normaltarifstrom unter Verwendung des Durchlauferhitzers 38 rasch anzufahren.

In Fig. 1 sind die Größenverhältnisse des Durchlauferhitzers stark übertrieben, um Einzelheiten besser zeigen zu können. In der Praxis hat ein zylindrischer Durchlauferhitzer mit einer Leistung von 4 kW eine Länge von etwa 60 cm und einen Durchmesser von etwa 8 cm. Der Wärmetauscher 30 steht in Wirklichkeit auch weniger über die Vorderseite des Speicherblockes 28 über als in Fig. 1 gezeigt. Die Anordnung von Durchlauferhitzer und Wärmetauscher in einer gemeinsamen vertikalen Ebene bei der Vorderseite des Speicherblockes ist im Hinblick auf kompakte Abmessungen und leichte Wartung des Wärmespeichers von besonderem Vorteil.

Die Fig. 2 und 3 zeigen ähnlich kompakte Anordnungen von Speicherblock 28, Wärmetauscher 30 und Durchlauferhitzer 38.

In Fig. 2 erstreckt sich der nur schematisch wiedergegebene Durchlauferhitzer 38 längs einer unteren seitlichen Kante des Speicherblockes 28. In Fig. 3 ist der Durchlauferhitzer 38 in einem oberen Teil des Speicherblockes 28 untergebracht, welcher von Magnetitsteinen 18 freigelassen ist.

Claims (1)

1. • a a · t · <t • ···« «ac I······ I» Il I

   August Steinbach
   Hasenbergsteige 68
   Stuttgart 1

   Wärmespeicher für eine Warmwasserheizungsanlage

   Schutzansprüche

   Wärmespeicher für eine Warmwasserheizungsanlage, mit einem Wärmespeicherblock, welcher aus einem Material hoher spezifischer Wärme, z. B. Magnetitsteinen, besteht, mit einer dem Wärmespeicherblock zugeordneten elektrischen Heizeinrichtung und mit einem Wärmetauscher, welcher primärseitig von einem durch den Wärmespeicherblock umgewälzten Arbeitsmedium und sekundärseitig vom Wasser der Heizungsanlage durchströmt ist, gekennzeichnet durch einen ■ ae deiaa s Durchlauferhitzer (38) mit einem elektrischen Heizer (44), welcher gestreckte Form hat und parallel zu einer Kante des. Wärmespeicherblockes (28) am Wärmespeicherblock angeordnet ist.

   Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (30) und der Durchlauferhitzer (28) beide parallel zu einer Kante des Wärmespeicherblockes (28) ausgerichtet sind und über einen Krümmer verbunden sind.

   Wärmespeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmer entweder ein 180°-Krümmer ist und der Durchlauferhitzer (38) parallel über dem Wärmetauscher (30) angeordnet ist oder ein 90°-Krümmer ist und der Durchlauf-

   erhitzer (38) längs einer Kante des Wärmeblockes (28) angeordnet ist, welche derjenigen Kante benachbart ist, parallel zu welcher der Wärmetauscher (30) ausgerichtet ist.

   4. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (42) des Durchlauferhitzers (38) im wesentlichen zylindrisch ist.

   5·. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Heizer (44) durch einen gewendelten Heizstab gebildet ist, wobei die Wendelachse koaxial zur Achse des Gehäuses (42) des Durchlauferhitzers (38) verläuft.

   6. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlauferhitzer (38) in derselben Ebene wie der Wärmetauscher (30) angeordnet ist.

   7. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlauferhitzer einen von Wärmespeichermaterial freien Bereich des Wärmespeicherblockes (28) einnimmt.

   8. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen in der Nachbarschaft des Auslasses des Durchlauferhitzers (38) angebrachten übertemperaturwächter (50).

   9. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlauferhitzer (38) von der Isolierung (34) für den Wärmespeicherblock (28) mit überdeckt ist.