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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ofen mit Brennraum und Wärmetauscher, der auch in Wohnräumen betrieben werden kann. Nachfolgend wird der Begriff Heizeinsatz verwendet, der im wesentlichen einen Heizkessel umfasst mit den oben genannten Funktionsteilen.
Für die Erzeugung von Heizungswasser mit Stückholz befinden sich heute zwei Arten von Ge- räten auf dem Markt : a)Heizkessel für die Aufstellung in einem Heizungsraum und b) Heizeinsätze für den Einbau in eine Ofenkonstruktion im Wohnbereich.
Heizkessel arbeiten meist mit einem unteren oder hinteren Abbrand, teilweise nach dem Holz- vergasungs-Prinzip. Da eine Leistungsregulierung unter Aufrechterhaltung von guten Emissions- werten nur begrenzt möglich ist, erfordern diese Geräte bei reduziertem Energieabgabebedarf einen relativ grossen Heizungswasser-Pufferspeicher. Die Gefahr des Entweichens von giftigen Schwelgasen beim Öffnen in einem ungünstigen Zeitpunkt des Abbrandes erschwert die Aufstel- lung dieser Geräte im Wohnbereich.
Die für den Einbau in einem Kachel- bzw. Grundofen geeigneten Heizeinsätze mit Brennkam- mer und Wasser-Wärmetauscher können bisher nur einen Teil der bei der Verbrennung erzeugten Wärmeenergie zur Erwärmung von Heizungswasser nutzen. Der Rest wird über Wärmestrahlung an den Aufstellungsraum abgegeben. Die Verbrennung erfolgt nach dem Durchbrand- oder auch nach dem Holzvergasungs-Prinzip. In beiden Fällen kann die beschränkte Leistung des Wasser- Wärmetauschers je nach Aufteilung des Gesamtwärmebedarfes auf den Aufstellungsraum und das restliche Gebäude zu Übererwärmung des Aufstellungsraumes oder zu ungenügender Wärmever- sorgung des restlichen Gebäudes führen. Auch der Einsatz eines Wasser-Wärmespeichers bringt für das Problem keine Abhilfe, da dessen Aufheizung ebenfalls eine ungewollte Wärmeabgabe an den Aufstellungsraum des Ofens mit sich bringt.
Ein Ofen mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 ist aus der DD 247 957 A1 bekannt. Es handelt sich um einen Ofen für eine Warmwasserzentralheizung zur Aufstellung in einem Wohnraum, wobei der Brennraum aus feuerfestem Wärmespeichermaterial gefertigt ist. Eine Konzeption als mobiler Heizeinschub in eine bestehende Ofenkonstruktion ist nicht offenbart.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ofen zu schaffen, der als Heizeinsatz in Kachelöfen beziehungsweise Grundöfen einschiebbar ist und der die bei der Verbrennung freige- setzte Energie zeitlich verzögert, insgesamt aber, wenn erforderlich - mit Ausnahme unvermeidli- cher Abstrahlungsverluste - vollständig an das Heizungswasser abgeben kann. Des Weiteren sollen die Emissionen minimiert und der Wirkungsgrad optimiert werden. Durch die verzögerte Wärmeabgabe soll ein allfällig nötiger Heizungswasser-Pufferspeicher nur noch einen verkleinerten Inhalt aufweisen. Der Heizeinsatz soll problemlos im Wohnbereich aufgestellt werden können. Der Bedienungskomfort soll erhöht werden, indem die Füllmengen Heizintervalle von mehr als acht Stunden ergeben.
Durch ein Modulsystem sollen verschiedene Einbausituationen berücksichtigt und die Leistung an den jeweiligen Wärmebedarf des Gebäudes angepasst werden.
Die gestellten Aufgaben werden erfindungsgemäss gelöst durch einen Ofen mit den Merkma- len des Patentanspruches 1.
Thermische Aufgaben werden durch die eigentliche Konzeption eines mobilen Ofens als Ein- satz in einen Kachel- oder Grundofen gelöst.
Gestaltet man die Grundplatte gemäss Anspruch 2 als Stahlplatte mit darunter angeordneten Standholmen, die auf einen ortsfesten Sockel aufstellbar ist, so lässt sich die Frischluft zwischen Sockel und Grundplatte vorwärmen. Die Anordnung der Rauchzüge mindestens seitlich und an der Rückwand verzögert die Wärmeabgabe.
Die Ausgestaltung gemäss Anspruch 4 soll ein Überhitzen des Aufstellungsraumes vermeiden und dessen Temperaturregelung verbessern.
Die Ausgestaltungsform gemäss den Ansprüchen 5 und 6 erleichtern den Einbau des ein- schiebbaren Grundofens.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen : 1 einen Vertikalschnitt durch einen Heizeinsatz parallel zur Frontseite ; 2 einen Vertikalschnitt durch einen Heizeinsatz senkrecht zur Frontseite ; 3 einen Vertikalschnitt durch einen Heiz- einsatz nach Figur 2 in einer Lage während des Einbaues.
Nachfolgend wird der generelle Aufbau des erfindungsgemässen Heizeinsatzes von innen nach aussen bezüglich der Bauteile beschrieben und deren Funktion erläutert. Zuinnerst ist der
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Brennraum 1, der gleichzeitig den Füllraum und die Verbrennungszone des Ofens bildet. Dieser Brennraum 1 ist ein aus feuerfestem und wärmespeicherndem Material gebildeter Raum. Dieser gemauerte Teil bildet den Grundofen 2. Der Grundofen 2, der beispielsweise aus Schamotte- oder Magnesitsteinen gemauert ist, steht auf einer feuerfesten Grundplatte 3. Diese Grundplatte 3 liegt beispielsweise auf Standholmen 4 auf. Vorzugsweise sind diese Standholme 4 mit der Grundplatte 3 fest verbunden, beispielsweise verschweisst.
Die Standholme 4 geben so der Grundplatte 3 einerseits eine erhöhte Biegefestigkeit und distanzieren die Grundplatte 3 vom ortsfesten Sockel 5 und belassen so einen Zwischenraum, der als Frischluftzufuhr 7 dient. Um den gemauerten Grundofen 2 sind Rauchgaszüge 6 angeordnet. Die Rauchgaszüge 6 werden nach aussen be- grenzt vom Wärmetauscher 8. Der Wärmetauscher 8 ist im Prinzip ein Stahlmantel mit darin ange- ordneten Rohren oder taschenförmigen Elementen, die von einem Wärmetransportmedium durch- strömt werden. Wie bekannt, kommen als Wärmetransportmedien sowohl Gase wie auch Flüssig- keiten in Frage. Im Normalfall sind dies insbesondere Wasser oder Luft. Um den Wärmetauscher herum ist eine Wärmedämmung 9 angeordnet. Schliesslich wird das Ganze von einem Ofenmantel umhüllt. Der Ofenmantel 10 ist gleich dem Sockel 5 vor Ort gefertigt.
Ein Problem bei ortsfesten Heizeinsätzen für die Aufstellung im Wohnbereich bestand in der besonders aufwendigen Fertigung des Ofens. Dabei ging man üblicherweise so vor, dass man zuerst den Sockel fertigte, auf diesen den Grundofen aufmauerte, wobei man die Wärmetauscher- elemente mit den feuerfesten Schamotte- oder Magnesitsteinen allseitig auskleidete. Danach wurde um diesen Grundofen der eigentliche Ofenmantel gebaut.
Demgegenüber ist der erfindungsgemässe Fertigungsvorgang dank des erfindungsgemässen Aufbaus erheblich vereinfacht und kann weitgehend industriell gefertigt werden. Der erfindungs- gemässe Heizeinsatz wird so gefertigt, dass man wie üblich zuerst den Sockel 5 vor Ort erstellt und auf diesen den Wärmetauscherstahlmantel 8 aufstellt. Nun kann der vom Aufstellungsort getrennt gefertigte Grundofen 2, der auf der Grundplatte 3 mit den Standholmen 4 steht, von der Frontseite her ähnlich einer Schublade eingeschoben werden. Hierauf kann der Ofenbauer die Wärmedämmung 9 anbringen und den Ofenmantel 10 erstellen ohne Rücksicht auf den eigentli- chen Heizeinsatz 20 nehmen zu müssen. Der Ofenbauer, der den Ofenmantel 10 vor Ort erstellen muss, kann vollständig unabhängig von der zeitlichen Lieferung des einschiebbaren Grundofens 2 arbeiten.
Da auch die Frontplatte 13 mit der Ofentüre 14 als separates, vom Wärmetauscher und vom Ofenmantel trennbares Teil gebildet sein kann, kann praktisch die Frontplatte 13 mit der Ofentüre 14 zusammen mit dem Ofenmantel 10 fertig im Wohnbereich aufgestellt werden, worauf bei Lieferung des Grundofens 2 auf der mobilen Grundplatte 3 mit den Standholmen 4, lediglich kurzfristig die Frontplatte 13 zum Einschieben der Grundplatte 3 mit dem darauf stehenden Grund- ofen 2 entfernt werden muss.
Angesichts der Möglichkeit der industriellen Fertigung des Grundofens getrennt vom Aufstel- lungsort kann selbstverständlich der Grundofen 2 statt aus einzelnen Bausteinen gemauert zu sein aus wenigen Fertigteilen zusammengesetzt werden.
Die hier beschriebene Konstruktion erlaubt die Fertigung eines in Relation zum Gesamtofen grossen Brennraums 1, der es erlaubt, grosse Füllmengen des biogenen Brennstoffes in einer Charge zuzuführen. Dies erhöht den Bedienungskomfort, weil sich so mit einer Füllmenge Heizin- tervalle von mehr als 8 Stunden ergeben. Der den Brennraum 1 bildende Grundofen 2, der aus feuerfesten, wärmespeichernden Steinen gefertigt ist, vermag dank seiner Grösse auch eine relativ grosse Menge an Wärme zu speichern. Hinzu kommt, dass die Anordnung der Rauchgaszüge 6 um den Grundofen 2 herum dazu führt, dass die Temperatur in der Brennkammer 1 wesentlich höher ist als bei vergleichbaren Heizeinsätzen. Dies aus Stahl gefertigte Grundplatte 3, auf der der Grundofen 2 steht und oberhalb der ebenfalls ein Rauchgaszug 6 verläuft, bildet unterhalb eine Frischluftzufuhr 7.
Die Frischluft, die hier durchstreicht, erwärmt sich dabei bereits an der Grund- platte 3 und wird so vorgewärmt, was wiederum zur Erhöhung der Verbrennungstemperatur im Brennraum 1 führt.
Auf diese Weise wirkt der Grundofen 2 als hochleistungsfähiger Wärmepuffer, der über eine lange Zeit Wärme in gewünschten Dosierungen für verschiedene Nutzzwecke abgeben kann. Dank der speziellen Konstruktion wird der Ofenmantel 10 beliebig kühl gehalten. Damit der gesamte Ofen bestehend aus Ofenmantel 10 und Einsatz 20 eine möglichst hohe Wärmespeicherkapazität besitzt, wird man die Auslegung vorzugsweise so machen, dass auch über längere Heizperioden
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der Aufstellungsraum selber nicht überhitzt wird. Um dies sicherzustellen, wird man die Wärme- dämmung so dimensionieren, dass der Ofenmantel 10 sich kaum erwärmt.
Um trotzdem den typischen Kachelofeneffekt zu erzielen, ist es möglich, in den Wänden des Ofenmantels 10 Heiz- rohre 11zu verlegen, die entsprechend einer thermostatisch geregelten Funktion entsprechend dem Bedarf mit Wärmetransportmedium durchströmt werden. Damit erfolgt die Wärmeabgabe an den Aufstellungsraum praktisch unabhängig vom Betrieb im Brennraum 1.
Neben den bereits erwähnten Vorteilen, führt die enorm hohe Verbrennungsraumtemperatur zu einer Verbrennung mit äusserst geringen Emissionen. Da es folglich nicht mehr erforderlich ist, die Durchbrandgeschwindigkeit durch die Frischluftzufuhr zu verlangsamen, um keine Überheizung des Wohnraumes zu erzielen, wird auch im Brennraum kein Schwelbrand mehr erzeugt mit ent- sprechenden giftigen Schwelgasen. Der erfindungsgemässe Ofen kann dadurch völlig unproblema- tisch zu jeder Zeit geöffnet werden, um weiteres Füllmaterial einzubringen.
Statt wie bisher die Wärmeenergie, die während des Abbrandes freigesetzt wird, sofort und möglichst vollständig an das Wärmetransportmedium abzugeben und dieses Wärmetransportme- dium in möglichst grossen Pufferbehältnissen unterzubringen, wird hier die Energie auf höherem Niveau gespeichert, ohne entsprechende transportbedingte Verluste und ohne die erheblichen Kosten für die Pufferbehältnisse aufbringen zu müssen.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Ofen mit einem Brennraum und einem Wärmetauscher, wobei der Brennraum (1 ) aus feu- erfestem Wärmespeichermaterial gefertigt ist, um den herum an der Aussenfläche Rauch- gaszüge (6) verlaufen, die nach aussen durch einen als Wärmetauscher (8) ausgebildeten
Stahlmantel begrenzt sind, welcher mit einer Wärmedämmung (9) gegenüber einem um- gehenden Ofenmantel (10) isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennraum (1) und die Rauchgaszüge (6) einen auf einer ausfahrbaren Grundplatte (3) angeordneten
Grundofen (2) bilden, welcher in den Stahlmantel einschiebbar ist.