DE102006058964B4

DE102006058964B4 - Kaminkesseleinsatz mit integrierter Sicherheitseinrichtung, Nachverbrennungsrost und Luftverteiler

Info

Publication number: DE102006058964B4
Application number: DE200610058964
Authority: DE
Inventors: Vladimir Dipl.-Ing. Suprunov (yu); Andrej Dipl.-Ing. Suprunov; Igor Dipl.-Ing. Suprunov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2026-12-15
Also published as: DE102006058964A1

Abstract

Kaminkesseleinsatz zur Nutzung der Verbrennungswärme von Holz und Holzbriketts, der direkt über ein Kreislaufsystem an die Zentralheizung bzw. Wasserversorgung angeschlossen ist, mit einem Wärmetauscher, einem Abgassammler (AS), einem Kesselrücklauf (RV), einem horizontalen Röhrenregister (HR), einem vertikalen Röhrenregister (VR), einem Vorlaufsammler (VS), der aus dem Abgassammler (AS) heraus nach außen verlängert ist, und eine an den Vorlaufsammler (VS) gekoppelte Kesselsicherheitseinrichtung, die vorzugsweise aus einem Fühler (F) mit thermischem Ablaufventil (TAV), Membransicherheitsventil (SV), Manometer (M), Thermometer (T) und Schnell-Entlüfter (E) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das vertikale Röhrenregister (VR) des Kaminkesseleinsatzes (03) bis in den Hohlraum des Abgassammlers (AS) verlängert ist, wobei in dem Vorlaufsammler (VS) eine Wärmetauscherspirale (WTS) montiert ist sowie mindestens zwei Luftklappen vorgesehen sind, welche die erforderliche Luftmenge (Außenluft und Raumluft) für die Verbrennung und die Frischluftmenge für den Aufenthaltsraum regulieren.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kaminkesseleinsatz nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei den in der Praxis angewandten Kaminen befindet sich im Verbrennungsraum ein Kamineinsatz, welcher auf der Kaminbodenplatte aufgestellt ist. Bei der Holzverbrennung (oder Brikett- bzw. Pellet-Verbrennung) entstehen heiße Gase und Glühkohlestücke. Durch Strahlung, Konvektion und Berührung wird Wärme an das im Röhrenheizkesseleinsatz durchlaufende Wasser übertragen, welches dann über ein Kreislaufsystem zu Wärmeausnutzungsstellen führt.
An den Vorlaufsammler ist eine Kesselsicherungseinrichtung angeschlossen, die mit einer thermischen Ablaufsicherung sowie einem Wärmetauscher und einem Zirkulationsohr wiederum mit dem Kesselrücklaufrohr verbunden ist. Diese Komponenten bilden zusammen eine getrennte, außen stehende Sicherungseinrichtung des Kamineinsatzes.
Das horizontale Röhrenregister des Kamineinsatzes dient als Verbrennungsrost. Darauf entstandene Asche sowie kleinere Glühkohlestücke fallen auf die Kaminbodenplatte. Da die sich ablagernde Asche die Verbrennungsluftzirkulation verschlechtert, bleibt ein Teil der Glühkohle unverbrannt. In der Mitte der Kaminbodenplatte befindet sich eine Öffnung, durch welche Luft in den Verbrennungsraum strömt und entstandene Asche bzw. verbrannte Kohlestücke bei der Säuberung in den Aschekasten befördert werden. Bei der Verbrennung entstandene Gase werden über die Abgashaube und ein Abgasrohr weiter gekühlt und mit Hilfe des Abgasschornsteins ins Freie geleitet. Die erforderliche Luftmenge (Außen- und Raumluft) für die Verbrennung sowie die Frischluftmenge für den Aufenthaltsraum reguliert man über mindestens zwei Luftklappen. Die Zugstärke des Schornsteinkanals ist auch über die Abgasklappe regulierbar.
Verschiedene Kaminkesseleinsätze sind aus der DE 3 111 084 A1 , FR 2 475 696 A1 und FR 2 463 898 A1 bekannt. Der in der DE 3 111 084 A1 beschriebene Kaminkesseleinsatz besteht aus einem getrennten Kühlmittelkreislauf, bei dem der Wärmetauscher bevorzugt ein zylindrischer Behälter ist, der oben an dem Wasservorlauf und unten an dem Wasserrücklauf des Röhrenwärmetauschers angeschlossen ist. Nachteilig ist bei dieser Konstruktion, dass ein zusätzlicher Zirkulationskreislauf mit Zirkulationsrohr für die Ausführung der Sicherheitseinrichtung notwendig ist, wodurch höhere Herstellkosten erforderlich sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Wärmeausnutzung des Kamins zu erhöhen, spezifische Herstellungskosten (HK/KWh) zu senken sowie im Aufenthaltsraum Luftwechsel zu gewährleisten und Zugluft zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Kaminkesseleinsatz mit integrierter Sicherheitseinrichtung und Luftverteiler ist vorgesehen, dass mit einer Verlängerung des vertikalen Röhrenregisters (1, VR) bis in den Hohlraum des Abgassammlers (AS) die Heizfläche (bis ca. 15%), bei vernachlässigbar geringer Erhöhung der Herstellungskosten, vergrößert wird.
Durch eine Verlängerung des Vorlaufsammlers (2, VS) aus dem Abgassammler heraus wird die Wärmetauscherspirale (2, WTS) mit der thermostastischen Ablaufsicherung (TAS) integriert. Des Weiteren wird an das Ende des Vorlaufsammlers (VS) eine Kesselsicherungsgruppe (2/3, 06) bestehend aus Kesselvorlauf (3, VL), Fühler (F), Membransicherheitsventil (SV), Manometer (M), Thermometer (T) mit thermischem Ablaufventil (TAV) und Schnell-Entlüfter (E) integriert. Bei Überhitzung des Kamineinsatzes, ab 95°C wird über das thermische Ablaufventil (TAV) Kaltwasser in die Wärmetauscherspirale eingeleitet, um den überhitzten Kamineinsatz abzukühlen.
Bei einer Kesselüberhitzung, die durch einen Ausfall der Zirkulationspumpe verursacht wird, entsteht eine Kesselwasserzirkulation (Z) im Röhrenregister (6–8 Röhren). Diese wird durch eine Abkühlung des Kesselwassers über die Wärmetauscherspirale (WTS) und die dadurch entstandene Gravitationskraft hervorgerufen und ersetzt ein zusätzliches Zirkulationsrohr. Diese Komponenten bilden zusammen mit dem thermischen Ablaufsicherungsventil die neue integrierte Sicherheitseinrichtung.
Die neue Ausführung der Sicherheitseinrichtung ist einfacher als die bekannten Ausführungen, da die Wärmespirale (WTS) in den Vorlaufsammler (VS) eingebaut ist. Als Zirkulationsrohr wird ein Teil des Röhrenregisters genutzt, was auch eine bessere Wasserzirkulation (Z) durch Ausnutzung der Gravitationskraft zur Folge hat. Die Herstellungskosten sind niedriger, da bekannte Sicherheitseinrichtungen aus einer zusätzlichen Wärmetauschereinrichtung und einem zusätzlichen Zirkulationsrohr bestehen.
Die Kaminbodenplatte wird durch ein Nachverbrennungsrost (1, NR) ersetzt. Dieses liegt ca. 10–12 cm unterhalb des horizontalen Röhrenregisters (1, HR), einem für die Ausnutzung der Strahlenwärme optimalen Abstand. Die Abstände zwischen den einzelnen Röhren des Röhrenregisters sind so ausgelegt, dass auch größere Glühkohlestücke auf das Nachverbrennungsrost fallen und dort verbrennen können. Gleichzeitig wird durch Strahlung/Konvektion die entstehende Wärme bei der Verbrennung der Glühkohlestücke und der entstehenden Gase an die untere Seite des Röhrenregisters (HR) abgegeben, was eine höhere Wärmeabgabe (ca. 7%) an das Heizwasser zur Folge hat. Diese Merkmale ermöglichen eine bessere Wärmeausnutzung und damit niedrigere spezifische Herstellungskosten (HK/KWh).
Die in den Verbrennungsraum zugeführte Luftmenge (VL) (Außen + Raumablauf, VAL + VRL1) hat einen wichtigen Einfluss auf die Wärmeausnutzung. Es ist erforderlich, einen optimalen Luftüberschuss für die Brennstoffe zu erreichen, (möglich ist dies nur, wenn eine Kamin-Glastür 05 vorhanden ist). Ebenfalls von Bedeutung ist, dass ein gleiches Verhältnis von frischer Raumzuluftmenge (WAL) und Raumabluftmenge (VRL1) (WAL = WRL1, um Unterdruck im Raum zu vermeiden) im Aufenthaltsraum ermöglicht wird, um ein Behaglichkeitsgefühl zu bekommen. Bei bekannten Anlagen wird die gewünschte Luftverteilung über mindestens zwei Klappen reguliert, die unabhängig voneinander funktionieren. Dadurch wird eine proportionale Luftverteilung für die Verbrennungsluft und die Warmraumluft (von Außen- und Raumluft) erschwert. Ein Luftwechsel im Aufenthaltsraum ist somit schwierig zu erreichen, ohne einen Unterdruck zu erzeugen.
Durch die erfindungsgemäße Konstruktion eines Vierwege-Luftverteilers werden die herkömmlichen zwei Luftklappen ersetzt. Dies ermöglicht mit einem Zugriff, die Außen- und Raumluft bzw. die Verbrennungs- und Warmraumluft proportional zu verteilen. 4 zeigt die schematische Darstellung des Vierwege-Luftverteilers (10) im Längs-(10c) und Querschnitt (10b) im Bereich der Raumluftverteilung und einen Querschnitt (10a) im Bereich der Außenluftverteilung. Der Vierwege-Luftverteiler (10) besteht aus einem Luftverteilungsgehäuse (LVG, 10c) und einem Luftverteilungsrohr (LVR, 10c). Das Luftverteilungsgehäuse (LVG) enthält sechs Öffnungen, davon zwei Eintrittsöffnungen (eine für Außenluft und eine für Raumluft) sowie vier Austrittsöffnungen (zwei für Verbrennungsluft und zwei für Warmraumluft).
Durch das Luftverteilungsrohr (LVR) führt eine befestigte Welle (LVW), die auf zwei Lager (GL) im Luftverteilungsgehäuse (LVG) montiert ist. Im Luftverteilungsgehäuse (LVG) sowie im Luftverteilungsrohr (LVR) befindet sich je eine Trennwand (TWG/TWR), welche Außen- und Raumluft voneinander trennt. An der Welle (LVW) ist ein Luftverteilungsanzeiger (LVA) befestigt, welcher die Einstellung des Luftverteilungsrohrs und damit auch das Regime der Luftverteilung angibt. Eine proportionale Luftverteilung von Außen- und Raumluft wird durch entsprechende proportionale große Scheibenausschnitte (SA) im Luftverteilungsrohr (LVR) ermöglicht.
Die proportionale Luftverteilung ist in 5 über ein Diagramm dargestellt. Es zeigt die verschiedenen Einstellungsmöglichkeiten des 4-Wege-Luftverteilers (von 0°–180°/O-IV).

Beispiele die im Diagramm dargestellt sind:

Anzeigendarstellung	0°	72°
Verbrennungsluft VL
Verbrennungsaußenluftanteil VAL	80%	31%
Verbrennungsraumluftanteil VRL	20%	69%
Wärmetauscherluft WL
Wärmetauscheraußenluft WAL	20%	69%
Wärmetauscherraumluft WRL	80%	31%

Bei der Einstellung von 72° werden 69% der Raumluft VRL und 31% der Außenluft für die Verbrennung genutzt. Gleichzeitig werden 69% der Außenluft (WAL) und 31% der Raumluft (WRL) über den Wärmetauscher (07/08) in den Aufenthaltsraum geleitet. Es ist ersichtlich, dass die aus dem Aufenthaltsraum abgeführte Luftmenge prozentual der in den Aufenthaltsraum zugeführten Luftmenge entspricht. Somit besteht also keine Möglichkeit, dass sich Unterdruck bildet bzw. ein Luftzug im Aufenthaltsraum entsteht. Bei entsprechender Einstellung des Luftverteilungsanzeigers (AV) im Bereich von 0° bis 90° (0-II), in welchem eine optimale Verbrennung stattfindet, erreicht man den gewünschten Raumluftwechsel zwischen min. und maximal Wert und eine luftreiche Verbrennung. Der Luftverteilungsanzeiger zeigt bei 117° eine Luftüberschusszahl von 1.00. Ab dieser Stelle beginnt die luftarme Verbrennung, bis die Anzeigestelle 180° bzw. IV anzeigt und es keine Verbrennungsluftzufuhr mehr gibt bzw. keine Verbrennung mehr stattfindet.

Claims

Kaminkesseleinsatz zur Nutzung der Verbrennungswärme von Holz und Holzbriketts, der direkt über ein Kreislaufsystem an die Zentralheizung bzw. Wasserversorgung angeschlossen ist, mit einem Wärmetauscher, einem Abgassammler (AS), einem Kesselrücklauf (RV), einem horizontalen Röhrenregister (HR), einem vertikalen Röhrenregister (VR), einem Vorlaufsammler (VS), der aus dem Abgassammler (AS) heraus nach außen verlängert ist, und eine an den Vorlaufsammler (VS) gekoppelte Kesselsicherheitseinrichtung, die vorzugsweise aus einem Fühler (F) mit thermischem Ablaufventil (TAV), Membransicherheitsventil (SV), Manometer (M), Thermometer (T) und Schnell-Entlüfter (E) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das vertikale Röhrenregister (VR) des Kaminkesseleinsatzes (03) bis in den Hohlraum des Abgassammlers (AS) verlängert ist, wobei in dem Vorlaufsammler (VS) eine Wärmetauscherspirale (WTS) montiert ist sowie mindestens zwei Luftklappen vorgesehen sind, welche die erforderliche Luftmenge (Außenluft und Raumluft) für die Verbrennung und die Frischluftmenge für den Aufenthaltsraum regulieren.
Kaminkesseleinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaminbodenplatte in der Brennkammer durch ein Nachverbrennungsrost ersetzt ist.
Kaminkesseleinsatz nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Vierwege-Luftverteiler, bestehend aus einem Luftverteilungsgehäuse (LVG) und einem Luftverteilungsrohr (LVR), wobei im Luftverteilungsrohr (LVR) unterschiedlich große Scheibenausschnitte (SA) vorgesehen sind, die eine proportionale Verteilung der Raum- und Außenluft für die Verbrennungs- und Raumfrischluft ermöglichen, wobei das Luftverteilungsgehäuse (LVG) sechs Öffnungen enthält, wovon zwei Eintrittsöffnungen, jeweils eine für Außenluft (AL) und Raumluft (RL1), sowie vier Austrittsöffnungen, jeweils zwei für Verbrennungsluft (VL) und für Wärmetauscherluft (WL), vorgesehen sind, wobei eingebaute Trennwände (TWG, TWR) im Luftverteilungsgehäuse (LVG) und Luftverteilungsrohr (LVR) die Außen- und Raumluft voneinander trennen.
Kaminkesseleinsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Luftverteilungsrohr (LVR) eine befestigte Welle (LVW) geführt wird, die auf zwei Lager (GL) im Luftverteilungsgehäuse (LVG) montiert ist, wobei an der Welle (LVW) ein Luftverteilungsanzeiger (LVA) befestigt ist, welcher die Einstellung des Luftverteilungsrohrs und damit auch das Regime der Luftverteilung angibt.
Kaminkesseleinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überhitzung des Kaminkesseleinsatzes über das thermische Ablaufventil (TAV) Kaltwasser in die Wärmetauscherspirale (WTS) eingeleitet wird, um den überhitzten Kaminkesseleinsatz abzukühlen.
Kaminkesseleinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände zwischen den einzelnen Röhren des horizontalen Röhrenregisters (HR) so ausgelegt sind, dass auch größere Glühkohlestücke auf den Nachverbrennungsrost fallen und dort verbrennen können.