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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ofen mit einer Aussenverkleidung, einem Feuerraum und wenigstens einem zwischen wenigstens einem Teil der Aussenverkleidung und der Aussenwand des Feuerraumes angeordneten Speicherelement und einem Konvektionsraum für die Raumluft zwischen Feuerraum und Aussenverkleidung des Ofens.
Traditionell hergestellte Speicheröfen, insbesondere Kachelöfen oder Kamine, benötigen eine relativ lange An- bzw. Aufheizphase, um die gewünschte Energie abgeben zu können. Das Grund- prinzip nach welchen solche Speicherheizanlagen arbeiten, liegt in der Wärmespeicherung im Material der Aussenumwandung. Dieses Wärmespeichermaterial, zumeist aus Schamotte oder Ton hergestellt, reagiert äusserst träge in Bezug auf Wärmeaufnahme und die Wärmeverteilung inner- halb des Materials. Die Wärmeabstrahlung erfolgt dann über eine relativ grosse Oberfläche direkt an die Umgebung. Aufgrund dessen erweisen sich derartige Öfen als kaum regulierbar und benöti- gen zudem viel Raum.
Weiters ist bekannt, dass moderne, industrielle Heizanlagen oder Feuerungseinrichtungen zwar eine sehr rasche Aufheizphase haben, man allerdings nicht unbedingt mit einer langen Nach- heizphase nach Abschalten der Feuerung rechnen kann, da die eingesetzten Materialien solcher Heizanlagen für eine nachhaltige Wärmeabgabe gar nicht geschaffen sind. Derartige Öfen arbeiten nach dem Prinzip der Konvektion, wobei die Brennräume zumeist aus metallischem Material, wie Gusseisen oder Stahlblech, hergestellt sind und die zu erwärmende Luft auf relativ kleinen Flächen aufgeheizt wird. Die erwärmte Luft steigt nach oben, um dann in den zu beheizenden Raum abge- geben zu werden, wobei gleichzeitig neue, kalte Frischluft angesaugt wird. Aufgrund der raschen Wirkungsweise derartiger Heizeinrichtungen eignen sie sich allerdings zumeist nur als Zusatzheiz- geräte.
In der rumänischen Schrift RO 11 67 46 B1 wird eine Heizkörperkonstruktion offenbart, bei welcher Frischluft entlang der Seitenwandung des Feuerraumes geführt wird. Die erwärmten Frischluftströme werden dann über Durchbrechungen, insbesondere im oberen Abschnitt der Feuerraumwandung, in den Feuerraum geführt, offensichtlich um die Verbrennung zu verbessern.
In der letzten Zeit galt das Bestreben, eine Kombination der beiden oben genannten Prinzipien (Wärmestrahlung von Speicherelementen und Konvektion) zur Verfügung zu stellen, wobei insbe- sondere versucht wurde, ein wärmespeicherndes Material in mit Konvektionsluft arbeitenden Schnellheizanlagen einzusetzen.
Ein Versuch dieses Konzept umzusetzen ist beispielsweise aus der DE 197 52 699 C1 bekannt. Dieses Dokument zeigt einen Heizofen mit Wärmespeicherplatten, welche zwischen einem blechummantelten Feuerraum und der Aussenwandung bzw. Aussenverkleidung des Ofens jeweils beabstandet angeordnet sind. Durch diese Abstände entstehen zwei parallel laufende Luft- bzw. Strömungskanäle, welche der Zirkulation von eingeschlossener Luft dienen. Zur Erreichung eines Luftkreislaufes sind Flächenspeicherkörper oberhalb und unterhalb des feuerraumes beabstandet vorgesehen, sodass beim Aufwärtsströmen der aufgeheizten Luft ein Entweichen der Luft verhindert wird. Das Prinzip besteht dabei im Zirkulieren der Luft innerhalb des Ofens, es wird keine Raumluft erwärmt und wieder nach aussen abgegeben.
Eine Weiterentwicklung eines herkömmlichen Kachelofens ist aus der DE 38 32 011 A1 bekannt, in welcher ein Kachelofen mit einer thermo-bimetallgesteuerten Heizregelung beschrie- ben ist. Die Kachelwände stehen in lösbarer Verbindung mit dem Kachelgrundofengehäuse, wel- che mit einem Thermo-bimetall-Lochscheiben-Hohlkörper und einer gegen die Kachelwand wider- gelagerten Druckfeder ausgestattet sind. Abhängig von der jeweiligen Temperatur im Thermo- bimetall-Lochscheiben-Hohlkörper werden zwischen dem Heizofen und den Kachelwänden kon- vektiv wirkende Abstände hergestellt, sodass der Kachelofen zeitweise als Wärmespeicherofen und zeitweise als Konvektionsofen wirken kann. Bei dieser Konstruktion wird im Falle einer Kon- vektion die Luft zwischen Brennwand und Aussenverkleidung (wärmespeichernde Kachelwände) nach oben hin ins Freie abgegeben.
Das Speichermaterial, nämlich die Kachelwände selbst, entspricht der Aussenwand des Ofens. Diese Konstruktion ist recht komplex aufgebaut, zudem ist ein Abspreizen der Kachelwände durch die Thermo-bimetall-Einrichtung recht heikel und störungs- anfällig.
Die DE 228 266 C beschreibt einen Ofen mit .einem durch die Wand des Feuer- bzw Heiz- raums und der Aussenwand des Ofens gebildeten Doppelmantel, in welchem einzelne nebeneinan- der aufrecht stehende wärmespeicherfähige Stangen oder Platten angeordnet sind. Diese stehen
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in Kontakt mit der Aussenwand des Ofens und der Feuerraumwand, sodass kanalartige, eventuell nur innere und äussere Zwischenräume verbleiben, die entlang der Feuerraumwand und entlang der Aussenwand des Ofens verlaufen. Der innere, feuerraumwandseitige, kanalartige Zwischraum wird nur im Bedarfsfall geöffnet. Diese schmalen Konvektionsräume zwischen den einzelnen Speicherstangen sind viel zu klein, um eine wirksame Konvektionsheizung zu bilden. Sie führen nur zu einer kleinen Zusatzkonvektionsheizung zur herkömmlichen kachelofenartigen Strahlungs- heizung.
Das Problem, eine herkömmliche schnell wirksame Konvektionsheizung zusätzlich mit Wärmespeicher zu versehen, wird dadurch nicht in ausreichendem Masse gelöst.
Die DE 29 710 632 U1 beschreibt einen Speicherkachelofen mit einzelnen Wärmespeicher- elementen in Form von Blöcken, welche in einem losen Verband ziegelartig aufeinandergestapelt sind. Die Einzelblöcke sind in verschiedener Weise um den metallenen Heizraum und Nachheizzug herum angeordnet. Sie können versetzt zueinander einmal an der Heizraumwand und einmal an der Aussenwand des Ofens anliegen. Der Konvektionsbereich kann aber auch zwischen den Wär- mespeicherblöcken und der Aussenwand des Ofens liegen, wobei hiezu ein 4 cm breiter Kanal vorgesehen ist. Dazu werden die Blöcke um den ganzen Feuerraum herum lose aufgeschichtet.
Übliche keramische Speichermaterialien, wie Schamotte, weisen aber eine z. B. gegenüber Metall, schlechte Wärmeleitung auf. Dicke Blöcke werden eingesetzt, um das Speichervermögen zu erhöhen. Mit zunehmender Dicke verzögert sich jedoch die Wärmeabgabe. Werden die Blöcke direkt oder knapp an die Aussenwand des Feuerraumes angelegt, verbessert sich zwar der Wär- meübergang. Dies kann aber die grosse Verzögerung des Aufheizens der Speichermaterialien nicht kompensieren. Derartige Öfen sind nicht nur ziemlich dick und brauchen vergrösserten Platz, son- dern verlieren auch den Vorteil einer Konvektionsheizung der raschen Erwärmung der Raumluft.
Es ist nun Ziel der vorliegenden Erfindung einen einfach konstruierten konvektiv wirkenden Ofen zur Verfügung zu stellen, bei welchem die verwendeten Speicherelemente die vom Feuer- raum ausgehende Wärme maximal aufnehmen können, sodass das Wärmespeicherverhalten optimal ausgenutzt wird und die zu erwärmende Raumluft beständig mit Wärme versorgt wird.
Darüberhinaus soll ein stetig wirksamer, ungehinderter Konvektionsluftstrom für die zu erwärmen- de Raumluft gewährleistet werden, der wie bisher rasch wirkt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass an zumindest einer Aussenwand des Feuerraumes wenigstens ein Speicherelement in Plattenform angeordnet ist, wobei der Kon- vektionsraum für die zu erwärmende Raumluft zwischen Speicherplatte und Aussenverkleidung des Ofens liegt und im Konvektionsspalt zwischen dem plattenförmigen Speicherelement und der Aussenverkleidung des Ofens vorgesehen ist. Die plattenförmige Ausbildung der Speicherelemente stellen einen in Bezug auf die Feuerraumwand flächenmässig grossen Wärmespeicher dar, der die Wärmeabgabe an den Konvektionsraum nur geringfügig behindert.
Das Speicherelement, welches vorteilhafterweise aus Materialien mit relativ guter Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist, transportiert die im Feuerraum freigesetzte Wärmeenergie rasch an seine dem Feuerraum abgewandten Aussenseite, sodass die Wärmeenergie rasch an die zu erwärmende Luft abgegeben werden kann.
Dies wird gemäss der Erfindung dadurch unterstützt werden, dass das plattenförmige Speicherele- ment an den Feuerraum nahe oder direkt anschliesst, wodurch die anfallende Wärme bestmöglich von dem Speicherelement aufgenommen werden kann. Dabei ist es günstig, wenn das Speicher- element eine Hitzebeständigkeit von bis zu 1200 C aufweist, um einen beständigen und fehlerfrei- en Wärmetransport vom Feuerraum über das Speicherelement zu der den Konvektionsspalt durchströmenden Luft sicherzustellen.
Das an die Wand des Feuerraums anschliessende einstücki- ge plattenförmige Speicherelement ist - aufgrund des Eigengewichts - unbeweglich und verbleibt auch bei einer oftmaliger, unterbrochener Inbetriebnahme des Ofens stets in der Nähe oder in Kontakt mit der Feuerraumwand, sodass der kombinierte Heizeffekt (Konvektion plus Wärmespei- cherung) fortwährend gewährleistet ist.
Hinsichtlich einer Anordnung der Speicherelemente an der Aussenwand des Feuerraumes ist es zweckmässig, wenn an jeder seitlichen Aussenwand des Feuerraumes zumindest ein Speicher- element angeordnet ist. Somit wird die erzeugte Wärme allseitig ausgenutzt und ein eventueller Verlust der Wärmeübertragung wird hintangehalten. Dies wird noch dadurch verbessert, wenn auch um den Rauchgasabzug diesem angepasste Speichersteine angeordnet werden.
In Zusammenhang mit der Anordnung des Speicherelementes an der Aussenwand des Feuer- raumes ist es zweckdienlich, wenn das plattenförmige Speicherelement mittels mechanischer
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Halteeinrichtungen an der Aussenwand des Feuerraumes angebracht sind. Das Halten der Spei- cherelemente am Feuerraum kann auf verschiedene Arten durchgeführt werden, wie zum Beispiel durch Klemmen an der Ober- und Unterkante des Speicherelementes oder aber auch durch einfa- che Befestigung, z. B. Verschraubung, der Speicherelemente direkt an die Aussenwand des Feuer- raumes. Durch variable Halteeinrichtungen sind die Speicherelemente an jede Form des Feuer- raumes anbringbar.
Gerade eine plattenförmige Ausgestaltung der Speicherelemente ermöglicht ein grossflächiges Nahebringen oder Anbringen an eine plane Aussenfläche des Feuerraumes. Ist die Feuerraum- Aussenfläche gewölbt, werden am besten gewölbte Platten benutzt. Bei anderen Formen kann die optimale Wärmeübertragung durch streifenförmige Speicherplatten erzielt werden, die die Aussen- wand des Feuerraumes zumindest bereichsweise überdecken. Dazwischenliegende freibleibende Bereiche verbessern ihrerseits die gewünschte Konvektionsheizung. Besonders zur Herstellung solcher streifenförmigen Speicherplatten ist es vorteilhaft, wenn das Material der Speicherelemente trennbar, vorzugsweise schneidbar, ist.
Gemäss einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es zweckmässig, wenn die Speicherelemente an ihrer dem Feuerraum zugewandten Seite eine glatte Oberfläche und an ihrer dem Feuerraum abgewandten, dem Konvektionsspalt zugewandten Seite eine raue, vorzugsweise gewellte, Oberfläche aufweisen. In Abhängigkeit von der Bauweise der Feuerraumaussenwand können die Speicherelemente bzw. die Speicherplatten auch variable Oberflächen aufweisen, z.B. eine gekrümmte Oberfläche. Gemäss der Erfindung ist ein Vorsehen von Aussparungen auf der Oberfläche der Speicherelemente auch bereichsweise möglich, entweder zum Zweck der Montage des Elements an der Feuerraumaussenwand, oder aber zur Vorsehung von zusätzlichen Luftkanä- len für den Konvektionsraum.
Vorzugsweise weisen die Speicherelemente an ihrer dem Feuerraum abgewandten Seite zumindest bereichsweise eine raue, vorzugsweise gerippte und/oder gewellte, Oberfläche auf. Die Wellen bzw. Rippen dienen dabei dazu, eine Maximierung der Oberfläche des Speicherelementes für die Wärmeübertragung im Konvektionsraum zu erreichen bzw. den Luftstrom durch Zwangsum- lenkungen zu verlangsamen und dadurch den Wärmeaustausch zu verbessern.
Gemäss einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung sind die Speicherelemente aus einem Material hergestellt, welches eine Wärmeleitfähigkeit von 4 bis 9 W(mK)-1 und eine spezifi- sche Wärmekapazität von 0,6 bis 1 J g-1K-1 aufweist. Dadurch wird eine Erhöhung des Wärmespei- chervermögens und somit auch eine langanhaltenden Wärmeabgabe der Energie an die vorbei- strömende zu erwärmende Raumluft ermöglicht.
Es hat sich gezeigt, dass sich hiefür magnetitische Speicherelemente am besten eignen, wobei aber auch herkömmliche Wärmespeichermaterialien verwendet werden können.
Um einen effektiven Konvektionsluftstrom herzustellen, ist es zweckmässig, wenn in der Aussenverkleidung des Ofens zumindest eine Eintrittsöffnung für die zu erwärmende Raumluft und zumindest eine Austrittsöffnung für die erwärmte Raumluft vorgesehen ist.
Für einen besseren Heizeffekt hat es sich gezeigt, dass es günstig ist, wenn ein oder mehrere Austrittsöffnungen an der Oberseite der Aussenverkleidung des Ofens vorgesehen sind. Diese können hinsichtlich ihrer Anordnung und Ausgestaltung variabel sein.
Gleichfalls ist es auch von Vorteil, wenn ein oder mehrere Austrittsöffnungen an zumindest einer Seite der Aussenverkleidung des Ofens vorgesehen ist bzw. sind.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung gegenüber herkömmlichen Kaminöfen gehen auch aus dem folgenden Vergleichsversuch hervor :
Ein handelsüblicher Kaminofen mit den folgenden Abmessungen bzw. Spezifikationen:
EMI3.1
<tb> H <SEP> / <SEP> B <SEP> / <SEP> T <SEP> 1258/450/429 <SEP> mm
<tb>
<tb> Feuerraum <SEP> H <SEP> / <SEP> B <SEP> / <SEP> T <SEP> 270/325/350 <SEP> mm
<tb>
<tb> Gewicht <SEP> 160 <SEP> kg
<tb>
<tb> Nominelle <SEP> Heizleistung <SEP> gemäss <SEP> DIN <SEP> 18891 <SEP> 6 <SEP> kW
<tb>
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EMI4.1
<tb> Min/Max <SEP> Output <SEP> in <SEP> kW <SEP> 3,5 <SEP> / <SEP> 8 <SEP> kW
<tb>
<tb> Raumheizleistung <SEP> abhängig <SEP> von <SEP> der <SEP> Hausisolierung <SEP> 60-120 <SEP> m3
<tb>
wurde zwei Testläufen unterzogen, einmal ohne Speicherelemente (Vergleich)
und einmal erfin- dungsgemäss mit an der Aussenwand des Feuerraums befestigter Speicherelement (ca. 60 kg, Wärmeleitfähigkeit 8 W(mK)-1, spezifische Wärmekapazität 0,7 bis 0,9 J g-1K-1) wobei zwischen Speicherelement und Aussenverkleidung des Ofens ein Konvektionsspalt freiblieb. Jeder Testlauf bestand aus 2 Auflagen von je 2 kg genormter Holzbriketts, die erste Auflage ungemessen zur Erzeugung einer Grundglut, die zweite Auflage bei 4% CO2 im Rauchgas, Schieberstellung:
Pri- märluft 0%, Sekundärluft 45% :
EMI4.2
<tb> Energetisch <SEP> gewichteter <SEP> Wirkungsgrad <SEP> 78% <SEP> 88%
<tb>
<tb> (in <SEP> Annäherungsrechnung <SEP> nach <SEP> 2 <SEP> Auflagen)
<tb>
<tb> Brenndauer <SEP> für <SEP> 2 <SEP> Auflagen <SEP> 73 <SEP> Minuten <SEP> 106 <SEP> Minuten
<tb>
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<tb>
<tb>
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<tb> Vergleich <SEP> Erfindungsgemäss
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<tb> CO-Emission <SEP> im <SEP> Mittel <SEP> 1,2 <SEP> g/m3 <SEP> 0,8 <SEP> g/m3
<tb>
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<tb> Oberflächentemperatur <SEP> der <SEP> Aussenverkleidung <SEP> 132 <SEP> C <SEP> 151 <SEP> C
<tb>
<tb> bei <SEP> Brennende
<tb>
<tb>
<tb> Abkühlung <SEP> auf <SEP> 45 <SEP> C <SEP> (gemessen <SEP> an <SEP> der <SEP> 100 <SEP> Minuten <SEP> 340 <SEP> Minuten
<tb>
<tb> selben <SEP> Stelle <SEP> der <SEP> Aussenverkleidung)
<tb>
Der erfindungsgemässe Ofen wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobei der Gegenstand der vorliegenden Erfindung nicht hierauf beschränkt sein soll:
Fig. 1 zeigt den schematischen Wärmeverlauf im erfindungsgemässen Ofen,
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemässen Ofen in Höhe des Feuerraumes,
Fig. 3 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemässen Ofen in Höhe des Feuerraumes,
Fig. 4 eine Darstellung der Speicherelemente des erfindungsgemässen Ofens von Fig. 2 in aus- einandergezogener Form und
Fig. 5 eine Darstellung der Speicherelementen des erfindungsgemässen Ofens von Fig. 3 in auseinandergezogener Form.
Wie aus Fig. 1 erkennbar wird entstehende Wärme primär an die seitlich und oberhalb des Feuerraumes 1 angebrachten Speicherelementen 2 abgegeben. Die Speicherelementen 2 ihrer- seits erwärmen die im Konvektionsspalt 3 vorhandene Luft, welche dadurch aufsteigt und durch in der Aussenverkleidung 4 vorgesehene Durchbrechungen 5 in den Umgebungsraum entweichen kann. Frischluft wird in weiterer Folge durch den Lufteinlass 6 und weiter in den Konvektionsspalt 3 angesaugt.
In Fig. 2 wird eine mögliche Ausführungsform eines Ofens gemäss der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Feuerraum 1 ist innen mit einer feuerfesten Auskleidung 7,8 versehen und von einer Wand 9 umschlossen. An die Aussenwand 9 des Feuerraumes 1 schliessen unmittelbar die Spei- cherelementen 2 an, diese werden ihrerseits von der Aussenverkleidung 4 umschlossen, wobei zwischen Aussenverkleidung 4 und der Speicherelement 2 ein Konvektionsspalt bzw. -raum 3 frei bleibt. Wie in Fig. 1 beschrieben erwärmen die Speicherelementen 2 die im Konvektionsspalt 3 vorhandene Luft, welche dadurch aufsteigt und durch in der Aussenverkleidung 4 vorgesehene Durchbrechungen (nicht gezeigt) in den Umgebungsraum entweichen kann.
Frischluft wird in weiterer Folge durch im bodennahen Bereich befindliche Lufteinlässe (nicht gezeigt) und weiter in
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den Konvektionsspalt 3 angesaugt.
Bei der in Fig. 3 gezeigten mögliche Ausführungsform eines Ofens gemäss der vorliegenden Erfindung ist wiederum der Feuerraum 1 innen mit einer feuerfesten Auskleidung 7 versehen und von einer Wand 9 umschlossen. An die Rückseite der Aussenwand 9 des Feuerraumes 1 schliessen unmittelbar die Speicherelementen 2 an, wobei an ihrer der Aussenwand 9 des Feuerraumes 1 zugewandten Seite Aussparungen vorgesehen sind. Die Speicherelemente werden ihrerseits von der Aussenverkleidung 4 umschlossen, wobei zwischen Aussenverkleidung 4 und der Speichereie- ment 2 ein Konvektionsspalt bzw. -raum 3 frei bleibt. Wie in Fig. 1 beschrieben erwärmen auch hier die Speicherelemente 2 die im Konvektionsspalt bzw. -raum 3 vorhandene Luft, welche dadurch aufsteigt und durch in der Aussenverkleidung 4 vorgesehene Durchbrechungen (nicht gezeigt) in den Umgebungsraum entweichen kann.
Frischluft wird in weiterer Folge durch im bodennahen Bereich befindliche Lufteinlässe (nicht gezeigt) und weiter in den Konvektionsspalt 3 angesaugt.
Aus Fig. 4 und 5 ist die genaue Anordnung der Speicherelementen 2 innerhalb der Öfen gemäss Fig. 2 und 3 ersichtlich. Aus Fig. 5 ist auch ersichtlich, dass im Ofen gemäss Fig. 3 zusätz- lich zu der an die Rückseite der Aussenwand 9 des Feuerraumes 1 anschliessenden Speicherele- menten 2 auch den Rauchgasabzug umschliessende Speicherelementen vorgesehen sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Konvektionsofen mit einer Aussenverkleidung, einem Feuerraum, wenigstens einem zwi- schen wenigsten einem Teil der Aussenverkleidung und der Aussenwand des Feuerraumes angeordneten Speicherelement und einem Konvektionsraum für die Raumluft zwischen
Feuerraum und Aussenverkleidung, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einer
Aussenwand (9) des Feuerraumes (1) wenigstens ein Speicherelement (2) in Plattenform angeordnet ist, wobei der Konvektionsraum (3) für die zu erwärmende Raumluft zwischen dem plattenförmigen Speicherelement (2) und der Aussenverkleidung (4) des Ofens vorge- sehen ist.