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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. Aus 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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Aus
der
DE 637 397 C ist
ein Heizaufsatz für Ofenherde
oder dergleichen bekannt, der als Wärmespeicheraufsatz ausgebildet
ist und im Inneren eine Schraubenwendel vorgegebener Länge aufweist,
die von Abgasen durchströmt
werden kann. Damit ist dieser Heizaufsatz nicht flexibel an unterschiedliche Öfen anzupassen.
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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 Eigenschaften
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 15 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.