Wärmespeicher mit elektrischer Heizung. I)ie Erfindung bezieht sieh auf einen Wärmespeicher mit elektrischer Heizung, der dadurch gekennzeielinet ist, dass die bei der -'##@Tärrneentnahme zur Führung des Wärmeträgers dienenden Rohre zur Einfüh rung von Wärme in die Speichermasse als elektrische Heizwiderstände an eine elektri- ,,e.he Energiequelle angeschlossen werden können.
Die Rohre werden zweckmässig in Elemente a.ufgeteilt., die elektrisch hinterein- ;@ider geschaltet, in bezug auf die Strömung (b-s Wärmeträgers aber parallel geschaltet sind. Solche Elemente können aus haarnadel- fÜrinig umgebogenen Rohren bestehen.
Es lassen sieh auch an eine elektrische Energie quelle an:sehliessba.re Rohre mit nicht an- schliessbaren Rohren so in Reihe schallen, da.ss ein Teil der zu speichernden Wärme niiitels eines Wärmeträgers aus den a.nge- ehlos.senen an die nicht angeschlossenen Rohre transportiert werden kann.
Auf der Zeichnung ist. in den Fig. 1 bis 3 j(- ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs gegenstandes vereinfacht dargestellt.
In der Speichermasse 1 des Speichers- nach hig. 1 sind eine Reihe aus U-förmig umge- f @orienen Rohren bestehender Elemente \? untergebracht. Diese Rohre sind mit ihrem einen Sehenkel über elektrisch isolierende Rohrstiicke 3 an eine Zufuhrverteilleitung 4 und über die elektrisch isolierenden Zwi- sclienstücke 5 an die. Abfuhrsa.mmelleitung s' angeschlossen.
Die Leitungen 4 und 6 dienen der Zu- und Abfuhr eines flüssigen oder gasförmigen Wärmeträgers. Die Ele mente 2 sind somit in bezug auf die Strö mung des Wärmeträgers parallel geschaltet. Jeder Schenkel der Elemente 2 besitzt eine Anschlussklemme 7. Die Anschlussklem- men der äussersten Schenkel sind mit den beiden elektrischen Leitern 8 und 9 verbun den.
Die übrigen Klemmen stellen die elek trische Verbindung der Elemente unter sich her, wozu die Klemmen je zweier benachbar ter Schenkel verschiedener Elemente durch einen Leiter 10 unter sieh verbunden sind. Durch diese Verbindung sind die Elemente 2 elektrisch in Reihe geschaltet. Eine nicht gezeichnete elektrische Energiequelle (z. B. ein Generator, eine Verteilleitung oder ein Transformator) dient zur Energiezufuhr in das Leitersystem 8, 9. Die Spannung zwi schen den zwei Leitern wird vorteilhaft unter 60 Volt gewählt, so dass keine beson deren elektrischen Isoliermassnahmen notwen dig werden.
Zur Beheizung der Speichermasse 1 wird durch die Leiter 8 und 9 den Rohren elek trische Energie zugeführt. Die dabei ent stehende Wärme strömt von den Rohrober flächen in die Speichermasse 1 ab. Die Spannung und damit die Stromstärke sind so zu wählen, dass die Wärmeerzeugung in den Rohren und die Wärmeabfuhr bei einer Rohr temperatur sich Gleichgewicht halten, bei der der Baustoff der Rohre noch nicht<B>en</B>ge- det ist. Zur Entnahme der Wärme aus der Spei chermasse wird durch die Leitung 4 ein Wärmeträger, z. B. eine Flüssigkeit oder ein Gas oder Luft, den einen Schenkeln der Rohrelemente 2 zugeführt.
In den Rohrele menten wird dieser Wärmeträger erhitzt. Eine Flüssigkeit kann dabei verdampft wer den. Nach der Wärmeaufnahme gelangt der Wärmeträger in die Sammelleitung 6, von wo er zu den nicht gezeichneten Verbrauchs@- stellen gelangen kann.
Bei dem in Mg. 2 dargestellten Rohr system sind zweierlei Rohrelemente 2 und 11 verwendet, wovon die Elemente 2 über die Leiter 8, 9 und 10 in Reihe geschaltet an eine nicht gezeichnete elektrische Strom quelle angeschlossen werden können. Die Ele mente 11 können dagegen nicht beheizt wer den. Je ein S'cbenkel der Rohrelemente 2 ist über ein elektrisch isolierendes Rohrstück 3 mit der Zufuhrverteilleitung 4 verbunden.
Der zweite Rohrschenkel schliesst über ein elektrisch isolierendes Rohrstück 5 und einen Bogen 13 an einen Schenkel der benachbar ten nicht geheizten Elemente 11 an. Der zweite .Schenkel der Elemente 11 ist mit der Abfuhrsammelleitung 6 verbunden.
Zur Heizung der in der Zeichnung nicht dargestellten Speichermasse wird den Rohr elementen 2 durch die Leiter 8 und 9 elek trische Energie zugeführt. Gleichzeitig wird auch durch die Leitung 4 ein Wärmeträger zugeführt, der durch die Leitung 6 wieder abströmen kann. Ein Teil der in den Roh ren 2 erzeugten Wärme gelangt von der Rohroberfläche in die Speichermasse. Ein anderer Teil wird an der Rohrinnenfläche des Elementes 2 vom Wärmeträger aufge nommen und im angeschlossenen Element 11 wieder abgegeben.
Diese Wärme strömt dann durch Mantel der Elemente 11 in die Spei chermasse ein. Es wird so der Vorteil er reicht, dass die als elektrischer Widerstand zur Wirkung kommenden Elemente 2 elek trisch ungefähr doppelt so stark belastet wer den dürfen, als wie wenn die Wärme nur von der Rohroberfläche nach der Speichermasse abgeführt würde.
Soll die gespeicherte Wärme der Spei chermasse entnommen werden, so wird wie bei der Aufheizung den Rohrelementen 2 und 11 durch die Leitung 4 ein Wärmeträger zugeführt, der durch die Leitung 6 wieder abströmen kann. Der Wärmeträger wird in diesem Fall in beiden Rohrelementen aufge heizt und verlässt das Rohrsystem durch die Leitung 6 mit einer höheren Temperatur, als wie er durch die Leitung 4 zugeführt wurde.
In einem nicht gezeichneten Wärmeaustau- scher kann die Wärme alsdann ausgenützt, zum Beispiel auf ein Heizmittel oder auf zu beheizendes Wasser übertragen werden.
Beim Speicher nach Fig. 3 sind eine Reihe von Rohrelementen verwendet, die in ring förmigen Gruppen 14-18 angeordnet sind (von denen jede Gruppe nur ungefähr zur Hälfte dargestellt ist). Jedes der beheizten Rohrelemente 2 und urbeheizten Rohrele mente 11 ist über einen Anschluss 19 mit einer Zufuhrleitung 4 und über einen An schluss 20 mit der Abfuhrleitung 6 verbun den.
Die Rohrelemente der Gruppen 14, 15, 16 sind unter sich durch Leiter 10 elektrisch verbunden, so dass sie in Hintereinander- sehaltung mittels der Leitungen 8 und 9 an eine Stromquelle angeschlossen werden kön nen. Die Rohrelemente 11 der Gruppen 17 und 18 sind urbeheizt und können lediglich an Zufuhr- und Abfuhrleitungen für einen flüssigen oder gasförmigen Wärmeträger angeschlossen werden.
Zur Speicherung von Wärme werden zu nächst die Rohrelemente 2 der Gruppe 14 an eine elektrische Stromquelle angeschlos sen. Hierdurch wird der Kern der Speicher masse erhitzt. Sobald sich in diesem Kern infolge der geringen Abwanderungsgeschwin digkeit der Wärme in der Speichermasse eine genügende Wärmemenge aufgestaut hat und damit die Temperatur auf ein bestimm tes Mass gestiegen ist, können auch die Rohr elemente 2 der Gruppe 15 hinzugeschaltet werden und, wenn notwendig, die Rohre der Gruppe 14 abgeschaltet werden. Hierdurch wird eine Hülle des bereits geheizten Kerns aufgeheizt.
Wenn auch in dieser Hülle die Temperatur genügend gestiegen ist, können scliliesslicli noch die Rohre 2 der Gruppe 16 zur Beheizung verwendet werden.
Zur Entnahme von Wärme wird umge kehrt vorgegangen. Zunächst wird durch die Rohre 11 der Gruppe 18 ein Wärmeträger geführt, welcher zunächst die aus dem gern r_# abwandernde Wärme auffängt. Alsdann wird mit der Wärmeentnahme weiter nach innen ge#chritten. Es werden dann auch die Rohre der Gruppe 17, dann der Gruppe 16 und so -eiter bis zuletzt. der Gruppe 14 zur Wärme entnahme herangezogen.
Sowohl bei der Ladung als auch bei der Entladung können zwei oder sogar mehrere Gruppen zeitweise oder immer gemeinsam für clen Wärmetransport in Betrieb stehen. Durch einen solchen Betrieb mit wandernden An- schlüssen ist es möglich, insbesondere auch hui grösseren Speichern die geringe Wa,nde- ilungsgeschwindi2keit der Wärme in solchen Speichermassen zu berücksichtigen, derart,
class die Wärme unter günstigen wirtschaft lichen Verhältnissen sowohl gespeichert als auch hernach wieder entnommen werden kann. Die Rohrelemente innerhalb der ein zelnen Gruppen könnten auch in Untergrup pen aufgeteilt oder vollständig in bezug auf clen N@Tärmeträger hintereinander geschaltet sein. Auch für die elektrische Schaltung las en sich beliebige Gruppierungen wählen, und zwar so, dass immer hinsichtlich der ge gebenen Heizspannung und der verlangten Heizleistung die Stromstärke richtig einge stellt werden kann.
Als Speichermasse werden mit besonde rem Vorteil gewachsener Erdboden, Kies, Sand, Lehm, Gestein oder auch künstlich aufgu #chüttete Böden, Ablagerungen usw. verwendet. Es könnten aber auch künstlich angelegte Speichermassen, z. B. Beton, pla stische Massen wie Lehm usw. oder sogar Flüssigkeiten wie Wasser und andere Stoffe @-erwendet -vverden. Als NVidersta.ndsmaterial für die Rohre kommen insbesondere legierte hoehliit.zebest.ändige Stähle, z.
B. Chrom- ,Stähle, Nickelstähle und Stähle mit andern Legierungsbestandteilen in Frage. Wird Wechselstrom von höherer Frequenz verwen det, so kann hierbei noch die Wirkung des Skineffektes verwendet werden, da die äussern Schichten des Rohrmantelquerschn.it- tes eine grössere, Stromdichte: aufweisen als die innern Schichten. Die Wärme wird somit in vermehrtem Mass in der Nähe dem wärme abgebenden Oberfläche erzeugt.
Zur Behei- zung des Speichers liesse sich ausser Wechsel strom. auch Gleichstrom verwenden. Die Rohrelemente können auch so in Gruppen geschaltet werden, dass zwei oder mehr beheizbare Elemente einer Anzahl un- beheizter Elemente vorgeschaltet sind. Die Elemente können unter sich in den Gruppen ebenso hintereinander oder zum Teil auch parallel geschaltet sein.
Es empfiehlt sich, in jeder Gruppe mehr unbeheizte alsi heizbare Elemente unterzubringen, da der Wärme abfluss aus den beheizten Rohrelementen an den Wärmeträger ein viel grösserer ist als von den Rohrelementen an die Speicher masse. Mindestens einige der heizbaren Ele mente einer Gruppe können abschaltbar aus gebildet sein, so dass sie aus dem elektri schen Heizstromkreis ausgeschaltet werden können. Es lässt sich auf diese Art nach Be darf der Widerstand des Stromkreises ver ändern, 6o dass auch die Heizleistung ent sprechend verändert werden kann.
Durch Hintereinan:derseha.ltung einer grösseren An zahl von Heizelementen würde zum Beispiel eine kleinere Heizleistung sich ergeben als bei Vemren.dung einer geringeren Anzahl hintereinander geschalteter Elemente. Die Form der Rohrelemente kann eine beliebige sein; sie könnte zum Beispiel auch wendelförmig gebogen sein. Ein besonderer Vorteil entsteht dann, wenn die beiden elek trischen Anschlüsse an den beiden Enden der Rohrelemente angeordnet sind, so dass für den Heizstromfluss an allen Stellen ein gleicher Querschnitt vorhanden ist.
Die Rohr enden mit den Anschlussklemmen werden zweckmässig ausserhalb der Speichermasse, also über dem Erdboden oder in besonders verlegten Kanälen angeordnet. Die Kabel und die Klemmen Massen sich auf diese Weise jederzeit überprüfen.