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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbesserung der Wärmenutzung
in Einzelfeuerstätten, wie Kaminanlagen, Kachelöfen
oder dergleichen, die chargenweise mit Brennstoffen wie Holz (in stückiger
Form oder als Presslinge), Stroh oder anderen nachwachsenden Brennstoffen
oder auch mit Kohlebrennstoffen befeuert werden. Mit Biomasse, d. h.
vorwiegend mit Holz betriebene Feuerungen leisten den größten
Beitrag zur Nutzung regenerativer Energien. Auf diesem Grunde und
auch wegen der damit erreichbaren Verbesserung der Wärmeversorgungssicherheit
in Privathaushalten erfreuen sich diese Feuerungsanlagen zunehmender
Beliebtheit.
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Chargenweise
beschickte Feuerstätten geben die Wärme üblicherweise
nicht gleichmäßig über eine längere
Zeit ab, sondern erzeugen nach einer Anbrennphase mit eher schwacher
Wärmeabgabe während einer begrenzten Zeitspanne
eine hohe Wärmemenge. Dieser Phase folgt dann eine Ausbrandphase,
während der die Wärmeabgabe allmählich
ausklingt. Um eine gleichmäßige, dem Wärmebedarf
des zu beheizenden Wohnraumes angemessene Wärmeabgabe zu
erzeugen, sind Maßnahmen wünschenswert, die das
Maximum der Wärmeabgabe während der Hauptphase
der Verbrennung etwas absenken und dafür für erhöhte
Wärmeabgabe während der Ausbrandphase sorgen.
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Eine
weitere Besonderheit chargenweise beschickter Feuerungen sind die
mitunter erheblichen Abgastemperaturen während der Hauptphase
der Verbrennung. Diese hohen Abgastemperaturen führen zu
unnötig hohen Abgasverlusten während der Hauptphase
der Verbrennung. Zur Steigerung des Wirkungsgrades und somit zur
Einsparung von Brennstoff ist es wünschenswert, das Niveau
der Abgastemperaturen auch während dieser Phase niedrig zu
halten.
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Zum
Erreichen einer besseren Energieausnutzung werden den Feuerstätten
häufig Vorrichtungen nachgeschaltet, in denen die heißen
Abgase durch Kanäle geleitet werden, über deren
Wände die Abgase Wärme abgeben, die somit nicht über
den Schornstein ins Freie entweicht, sondern noch zur Raumerwärmung
nutzbar gemacht wird. Desweiteren können diese Kanäle
mit mineralischen Stoffen umgeben werden, in denen Wärme
gespeichert wird, insbesondere während der heißen
Hauptphase der Verbrennung. In gemauerten Kachelofenanlagen mit handwerklich
gesetzten Brennräumen werden diese Kanäle üblicherweise
individuell in Form von gemauerten Heizgaszügen unter Beachtung
der Fachregeln des Ofen- und Luftheizungsbauerhandwerks realisiert.
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Bei
Verwendung von industriell vorgefertigten Brennräumen wie
Kachelofen- oder Kamineinsätzen besteht die Möglichkeit,
ebenso industriell vorgefertigte Nachheizkästen oder Nachheizflächen
am Abgasausgang des Brennraumes anzuschließen.
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Aus
dem Dokument
DE 86
00 843 U1 ist ein Ofen für eine geschlossene Heißluftheizung
bekannt, bei dem eine Speicherplatte zur Zwischenspeicherung von
Wärme eingesetzt wird. Diese Platte wird jedoch dem Brennraum
außen beigestellt, so daß keine Veränderungen
der Abgaswege vorgesehen sind.
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Aus
dem Dokument
DE
10 2005 007 043 A1 ist ein Kamineinsatz bekannt, an dessen
Korpus eine schüttfähige Wärmespeichermasse
zur besseren zeitlichen Verteilung der Wärmeabgabe angebracht wird
oder der zusätzlich mit einem Nachheizkasten ausgestattet
wird, durch den erhöhte Abgaszuglängen realisiert
werden und der mit schüttfähiger Wärmespeichermasse
zur besseren zeitlichen Verteilung der Wärmeabgabe versehen
ist. Ohne Nachheizkasten bietet diese Lösung lediglich
eine zusätzliche Speicherfunktion zur zeitlichen Streckung
der Wärmeabgabe, nicht jedoch eine verbesserte Abgaswärmeausnutzung
durch zusätzliche Wärmeübertragungsflächen.
Diese werden erst durch das Beistellen des Nachheizkastens zur Verfügung
gestellt, was jedoch mit zusätzlichem Bedarf an Aufstellfläche
verbunden ist. In beiden Fällen handelt es sich um starre Systeme,
denen Anpassungsmöglichkeiten an die Schornsteingegebenheiten
vor Ort und dergleichen fehlen.
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Aus
dem Dokument
AT 000
547 U1 ist ein Ofen mit einer Rauchgasführung
und einer Schraubenwendel bekannt, bei dem das Abgas innerhalb des
Ofens einen Rauchgaszug schraubenlinienförmig durchströmt.
Durch diese Anordnung wird zwar auf vorteilhafte Weise eine erhöhte
Zuglänge für eine gute Wärmeabgabe des
Abgases realisiert. Jedoch ist diese Lösung als Bestandteil
eines Ofens nur für dessen Feuerraumeigenschaften bestimmt.
Darüber hinaus weist die Anordnung keine frei kombinierbaren
Module auf, so daß die Flexibilität zur Anpassung an
die Schornsteingegebenheiten vor Ort fehlt. Zudem fehlt jedwede
Einrichtung zur Verbesserung der Anfeuerphase.
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Aus
dem Dokument
EP 0 081
028 A1 ist ein weiterer Ofen bekannt, bei dem das Abgas
innerhalb des Ofens einen Rauchgaszug schraubenlinienförmig
durchströmt. Die in diesem Dokument beschriebene Anordnung
der Abgasführung ist starr auf einen Brennraum ausgelegt,
so daß keine flexible Anpassung an örtliche Gegebenheiten
möglich ist. Es wird ein zentraler Kanal beschrieben, der
jedoch durch die Formgebung der Speichersteine entsteht und somit untrennbarer
Bestandteil der Speichersteine ist. Zweck des Kanals ist eine gleichmäßigere
Erwärmung der Speichersteine, wodurch übermäßige
thermische Spannungen und daraus resultierende Beschädigungen
der Steine vermieden werden können. Der Kanal wird oben
mit einem Deckel verschlossen und nicht von Abgas durchströmt,
so daß auch bei dieser Anordnung keine Einrichtung zur
Verbesserung der Anfeuerphase vorgesehen ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Wärmespeichervorrichtung zu
schaffen, mit der die Wärmeabgabe einer Feuerstätte
an den zu beheizenden Wohnraum zu vergleichmäßigen
ist bei gleichzeitiger Steigerung des feuerungstechnischen Wirkungsgrades,
welche platzsparend und auf einfachste Weise an der Feuerstätte
montiert werden kann und die flexibel an die Schornsteinverhältnisse
und die Eigen schaften der Feuerstätte angepaßt
werden kann und darüber hinaus das Anfeuern der Feuerstätte
erleichtert.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch eine Wärmespeichervorrichtung
gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Hinsichtlich
wesentlicher vorteilhafter Ausgestaltungen wird auf die Ansprüche
2 bis 17 verwiesen.
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Damit
wird eine Speichervorrichtung zur Verfügung gestellt, mit
den in variationsreicherweise durch die individuell auszuwählenden
Speicherelemente hinsichtlich Anzahl, Größe, Querschnitt
und Material die vor Ort anzutreffenden Gegebenheiten exakt zu berücksichtigen
sind, die darüber hinaus unmittelbar an die Feuerstätte,
wie beispielsweise einen Kamineinsatz, anzubinden und damit platzsparend
und in einfachster Weise vorzusehen sind. Dadurch, daß das
Speicherelement aus Einzelelementen besteht, kann die Wärmespeichervorrichtung
einfach an die Eigenschaften der Feuerungsstätte angepaßt
werden. Durch eine einfache Anbindung einer Anfeuerhilfe ist darüber
hinaus in einfacher Weise das Anfeuern der Feuerstätte
erleichtert. Zur weiteren Erläuterung wird auf die Zeichnung
verwiesen. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels der
Wärmespeichervorrichtung nach der Erfindung, angebunden
an eine Feuerstätte;
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2 eine
Ansicht eines Abgasleitelementes mit einer vorgesehenen Justier-
und Montagehilfe;
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3 eine
Zusammenstellung von drei Abgasleitelementen, wobei das untere eine
geringere Abgasumlenkung bewirkt als die beiden oberen;
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4 ein
Speicherelement in einer Vorderansicht;
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5 eine
Draufsicht auf den Adapter mit einer zentralen Klappe;
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6 eine
Seitenansicht auf den Adapter mit einer Halterung für Abgasleitelemente
und einer Aufnahme für Speicherelemente;
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7 einen
Querschnitt einer anderen Ausführungsform des Wärmespeichersystems.
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In
der Zeichnung sind nur die zum unmittelbaren Verständnis
der Erfindung notwendigen Teile vorgesehen.
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Die
Wärmespeichervorrichtung kann Speicherelemente 5, 6a, 6b, 9 aufweisen,
deren Querschnitt rund sein, aber auch andere Formen, etwa eine
quadratische oder rechteckige Grundfläche haben kann. Die
Speicherelemente 5, 6a, 6b, 9 können insofern
Ringe bilden, in dem sie einen inneren Hohlraum umschließen,
durch den die Abgase zum Verbindungsstück 8 hingeführt
werden.
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Diese
Wärmespeichervorrichtung kann auf den Abgasstutzen 3 der
Feuerstätte 1 aufgesetzt werden, wobei die Verbindung über
einen Adapter 4 erfolgt, der einerseits an die Bauform
des Abgasstutzens 4 der Feuerstätte 1 angepaßt
werden kann und der andererseits eine Vorrichtung für die
Einstellung der Funktion des Kanals für die Anfeuerhilfe
trägt.
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Diese
Anfeuerhilfe ist vorzugsweise in Form eines Bypass-Kanals realisiert,
der während der Anfeuerphase der Feuerstätte 1 geöffnet
werden kann, um den Strömungswiderstand für das
Abgas zwischen Feuerstätte und Schornstein möglichst
gering zu halten und um eine rasche Erwärmung des Schornsteins
und damit einen schnellen Aufbau des Schornsteinzuges zu gewährleisten.
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Die
Funktion der Anfeuerhilfe kann über eine Klappe im Adapter 4 gesteuert
werden, die den Bypass-Kanal öffnen oder schließen
kann.
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Auf
den Adapter 4, der an der Feuerstätte 1 fixiert
wird, werden die Speicherringe 5 als Stapel aufgesetzt.
Die Anzahl der Ringe kann an die jeweiligen Anforderungen angepaßt
werden, die sich etwa aus dem Aufbau der Schornsteinanlage oder
der Art der Feuerstätte ergeben. Die jeweils oberen zwei Speicherringe 6a, 6b weisen
Ausschnitte auf, die den Einsatz eines Stutzens 7 für
den Anschluß eines Verbindungstückes 8 erlauben, über
welches die Feuerungsanlage mit dem Schornstein verbunden wird. Oberhalb
dieser beiden letzten Speicherringe ist ein Deckel 9 angeordnet,
der das Speichersystem verschließt, so daß kein
Abgas in den Aufstellraum entweichen kann.
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Ebenfalls
auf den Adapter 4, aber innerhalb der Speicherringe 5, 6a, 6b, 9 liegend,
werden Abgasleitelemente eingesetzt. Diese Abgasleitelemente können
die gleiche Bauhöhe wie die Speicherringe aufweisen und
lassen sich während des Aufsetzens der Speicherringe in
diese einsetzen. Die Abgasleitelemente weisen einen zentralen Innenkanal,
etwa in Form eines Rohres auf, welcher nach dem Übereinanderfügen
der Abgasleitelemente den Bypass-Kanal der Anfeuerhilfe bildet.
Bei geöffnetem Bypass-Kanal können die Abgase
auf direktem Wege, d. h. mit minimalem Strömungswiderstand
und weitgehend ohne Wärmeverluste, in das Verbindungsstück 8 strömen
und auf diese Weise den Anfeuervorgang durch schnelles Aufheizen
des Schornsteins erleichtern.
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Die
Abgasleitelemente können um das Innenrohr herum als Helix-
oder Wendelsegmente ausgebildet sein, so daß die Abgase
etwa in der Form einer Schraubenlinie um den Innenkanal herum nach oben
geführt werden und dort schließlich in das Verbindungsstück 8 münden.
Eine Funktion der Abgasleitelemente besteht in der Erzeugung von
Turbulenzen, die einen besseren Wärmeübergang
vom Abgas zu den Speicherringen ermöglichen. Zudem bewirken
sie durch eine längere Verweilzeit der Abgabe innerhalb
der Speicherelemente eine vermehrte Wärmeabgabe der Abgase
und damit eine verbesserte Ausnutzung der Brennstoffenergie.
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Die
Abgasleitelemente können verschiedenartig gestaltet sein,
um unterschiedliche starke Abgasumlenkungen zu verursachen. Über
diese unterschiedlich starken Abgasumlenkungen kann die Länge
des Abgasweges bis zum Erreichen des Verbin dungsstückes
beeinflußt werden, so daß auch bei gegebener Aufbauhöhe
der Speicherringe verschieden lange Abgaszüge realisiert
werden können. Insbesondere können die Abgasleitelemente
so gestaltet sein, daß sich verschiedenartige Elemente
miteinander kombinieren lassen, wodurch die Flexibilität
in der Anpassung an die örtlichen Gegebenheiten noch einmal
deutlich erhöht wird.
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Insbesondere
bietet die Kombinierbarkeit verschiedener Abgasleitelemente innerhalb
eines Speicherringsystems die Möglichkeit, die Volumenänderung
des Abgases infolge des Abkühlens während des
Durchgangs durch die Speicherringe zu berücksichtigen,
indem der Querschnitt des Abgasweges sich nach oben hin verjüngt.
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Die
Abgasleitelemente müssen nicht zwingend Wendelsegemente
sein, sondern können etwa auch eckige Grundflächen
aufweisen, oder mit Hilfe von Umlenkplatten gebildet werden. Die
Abgasleitelemente sind wegen der einfachen Gestaltungsmöglichkeiten
vorzugsweise aus metallischem Werkstoff, können aber auch
aus mineralischen Stoffen, Beton oder ähnlichem gefertigt
sein.
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Die
Speichersteine 5, 6a, 6b, 9 bestehen
aus einer Substanz, die eine gute Wärmespeicherfähigkeit
aufweisen soll und hitzebeständig sowie feuerfest ist.
Das kann durch Schamotte, Beton, Keramik, Magnesit, Magnetit oder ähnliche
Stoffe erreicht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 8600843
U1 [0006]
- - DE 102005007043 A1 [0007]
- - AT 000547 U1 [0008]
- - EP 0081028 A1 [0009]