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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Wärmeerzeuger
und insbesondere auf einen Wärmeerzeuger
mit einem Wärmespeicher.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Es
sind allgemeine Wärmeerzeuger
bekannt, bei denen ein Wärmeerzeuger
die erzeugte Wärme
zur späteren
Verwendung speichert. Insbesondere bei Wärmeerzeugern wie Holzöfen ist
es bekannt, diese bspw. mit Wärmespeichern
aus Steinmaterial zu versehen, wie beispielsweise Specksteine, Schamottsteine
und/oder Kacheln. Diese Steinmaterialien haben üblicherweise eine hohe spezifische
Wärmekapazität und sind üblicherweise
mantelförmig
um eine Verbrennungseinrichtung des Wärmeerzeugers angeordnet, so
wie bspw. bei den bekannten Kachel- oder Specksteinöfen.
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Derartige Öfen geben
ihre Wärme
in der Regel unkontrolliert an die Umgebung durch Wärmestrahlung
ab. Eine geregelte Wärmeabgabe,
bspw. in Abhängigkeit
der Raumtemperatur ist nicht möglich. Damit
einhergehend ist eine energiesparende, über längere Zeit anhaltende Wärmezufuhr
an den Raum, in dem der Wärmeerzeuger
angeordnet ist, nicht zufriedenstellend gelöst.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wärmeerzeuger bzw. einen Wärmespeicher bereitzustellen,
dessen Wärmeabgabe
besser kontrollierbar ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Nach
einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen Wärmeerzeuger
bereit, umfassend: eine Verbrennungseinrichtung; einen Latentwärmespeicher;
und eine Verbrennungsgasführung,
wobei die Verbrennungsgasführung
wenigstens teilweise derart durch den Latentwärmespeicher geführt ist,
dass Wärme
des in der Verbrennungsgasführung
geführten
Verbrennungsgases wenigstens teilweise an Wärmespeichermaterial in dem
Latentwärmespeicher
abgegeben wird.
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Nach
einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen Latentwärmespeicher
für einen
Wärmeerzeuger
bereit, wobei der Latentwärmespeicher
ein Wärmespeichermaterial
umfasst, das pulverförmig
ist und einen Schmelzpunkt im Bereich zwischen 200°C und 400°C besitzt.
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Weitere
Aspekte und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der
beigefügten
Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die
beigefügte
Zeichnung beschrieben, in der:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines Wärmeerzeugers
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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2 den
Latentwärmespeicher
des Wärmeerzeugers
des ersten Ausführungsbeispieles
veranschaulicht;
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3 ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines Wärmeerzeugers
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
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4 ein
Schaltschema für
eine Steuerung für
den Wärmeerzeuger
nach 3. zeigt;
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5 ein
Ausführungsbeispiel
eines Latentwärmespeichers
in einer ersten Schnittansicht veranschaulicht;
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6 den
Latentwärmespeicher
nach 5 in einer perspektivischen Schnittansicht veranschaulicht;
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7 den
Latentwärmespeicher
nach 5 in einer Draufsicht veranschaulicht;
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8 den
Latentwärmespeicher
nach 5 in einer weiteren Schnittansicht zeigt;
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9 den
Latentwärmespeicher
nach 5 in einer perspektivischen Teilschnittansicht
veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 veranschaulicht
ein erstes Ausführungsbeispiel
eines Wärmeerzeugers 1 der
vorliegenden Erfindung. Vor einer detaillierten Beschreibung bevorzugter
Ausfüh rungsbeispiele,
folgen zunächst
allgemeine Erläuterungen
zu den Ausführungsbeispielen
und deren Vorteile.
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Bei
manchen Ausführungsbeispielen
eines Wärmeerzeugers,
bspw. eines Heizkessels oder Ofens, umfasst dieser eine Verbrennungseinrichtung,
einen Latentwärmespeicher
und eine Verbrennungsgasführung.
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Die
Verbrennungseinrichtung ist je nach Ausführungsbeispiel für die Verbrennung
unterschiedlicher Brennstoffe ausgelegt, wie bspw. flüssige, gasförmige oder
feste. Flüssige
Brennstoffe sind bspw. Heizöl
oder dergleichen, gasförmige
können Erdgas
oder dergleichen sein und feste Brennstoffe können sein: Briketts aus Holz/Kohle,
Scheitholz, Pellets, Hackschnitzelgut oder eine andere Art (fester)
brennbarer Biomasse. Die Verbrennungseinrichtung umfasst dazu typischerweise
einen Brennraum, in dem der Brennstoff verbrennt und – je nach
Brennstoffart – bspw.
einen Auffangbehälter
für Verbrennungsrückstände. Außerdem umfasst
die Verbrennungseinrichtung bei manchen Ausführungsbespielen dem Fachmann
bekannte Verbrennungsgasgebläse
und/oder Luftzuführungsgebläse und dergleichen.
Da die Verbrennungseinrichtung im Fachwissen des Fachmanns liegt,
wird auf eine weitere Beschreibung bekannter Verbrennungseinrichtungen verzichtet.
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Dementsprechend
handelt es sich bei manchen Ausführungsbeispielen
bei dem Wärmeerzeuger
um einen Holzofen, Kohleofen, eine Heizung für Heizöl oder Erdgas, usw. Manche
Ausführungsbeispiele
beziehen sich auf kleinere Holzöfen
für Brennholz
(Scheitholz) oder Pelletöfen,
die typischerweise in einem Wohnraum aufgestellt sind.
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Die
Verbrennungseinrichtung erzeugt bei der Verbrennung entsprechender
Brennstoffe ein Verbrennungsgas, welches die Verbrennungsgasführung teilweise
durch den Latentwärmespeicher
führt. Das
Verbrennungsgas enthält
eine gewisser Wärmemenge,
die es an den Latentwärmespeicher
bei dessen Durchströmung
wenigstens teilweise abgeben kann. Bei manchen Ausführungsbeispielen
geht die Verbrennungsgasführung
durch einen Wärmetauscher,
der die Wärme
des Verbrennungsgases an Wärmespeichermaterial
des Latentwärmespeichers abgibt.
Bei manchen Ausführungsbeispielen
ist die Verbrennungsgasführung
quasi selbst der Wärmetauscher,
da bspw. die Verbrennungsgasführung
mittels einer Rohrleitung durch den Latentwärmespeicher geführt ist
und das Wärmespeichermaterial
direkten Kontakt mit der Verbrennungsgasführung hat, durch welches das
Verbrennungsgas strömt.
Die Wär me
des Verbrennungsgases geht dann über
die Verbrennungsgasführung,
d. h. deren Leitungen, in das Wärmespeichermaterial
und heizt dieses auf. Bei manchen Verbrennungsgasführungen
wird das Verbrennungsgas aufgeteilt, sodass es auf mehreren Wegen
durch den Latentwärmespeicher
geführt
wird und dadurch ein gleichmäßiges Aufladen
(Aufheizen) des Latentwärmespeichers
ermöglicht.
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Der
Wärmetauscher
ist bei manchen Ausführungsbeispielen
so ausgestaltet, dass er eine gleichmäßige Verteilung der Wärme in dem
Latentwärmespeicher
bzw. dessen Wärmespeichermaterial
ermöglicht.
Dazu weist der Wärmetauscher
eine große Oberfläche eines
Materials, wie bspw. Graphitfolien auf, das eine gute wärmeleitende
Eigenschaft hat. Dieses wärmeleitende
Material ist gleichmäßig in dem
Latentwärmespeicher
verteilt und steht sowohl in wärmeleitenden
Kontakt mit der Verbrennungsgasführung
als auch dem Wärmespeichermaterial.
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Weiterhin
weist der Wärmeerzeuger
bei manchen Ausführungsbeispielen
eine Luftführung auf,
durch die zu erwärmende
Luft geführt
wird. Bei manchen Ausführungsbeispielen
ist der Wärmetausch
dann so ausgestaltet, dass er in wärmeleitenden Kontakt mit dem
Wärmespeichermaterial,
der Luftführung
und der Verbrennungsgasführung
steht.
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Das
Wärmespeichermaterial
befindet sich in dem Latentwärmespeicher,
bspw. in einem Behälter. Das
Wärmespeichermaterial
ist ein Latentwärmespeichermaterial,
das entsprechende Latentwärme speichert,
die immer dann frei wird bzw. zugeführt werden muss, wenn ein Material
einen sogenannten Phasenübergang
vollzieht. Der Phasenübergang
ist bspw. von fest nach flüssig
und umgekehrt. Bei manchen Ausführungsbeispielen
ist das Wärmespeichermaterial
fest und bspw. pulverförmig.
Ein derartiges pulverförmiges
Material ist im Grundzustand, d. h. bei Zimmertemperatur, pulverförmig und
verflüssigt
sich, d. h. es wechselt von dem festen in den flüssigen Phasenzustand, wenn
eine bestimmte Temperatur, nämlich
die Schmelztemperatur, überschritten
ist. Bei manchen Ausführungsbeispielen
hat das Wärmespeichermaterial
einen Schmelzpunkt, der im Bereich zwischen 200°C und 400°C liegt – also der Temperaturbereich,
den auch das Verbrennungsgas typischerweise aufweist. Manche Wärmespeichermaterialien
nehmen im geschmolzenen Zustand, d. h. in der flüssigen Phase, ein kleineres
Volumen ein als im festen (pulverförmigen) Zustand. Dadurch besteht bei
solchen Materialien nicht die Gefahr, dass sie aus dem Behälter ”überlaufen” in dem
sie sich befinden, wenn das eingenommene Volumen zu groß, d. h. größer als
das Behältervolumen
wird. Andere Wärmespeichermaterialien
vergrößern ihr
Volumen in der flüssigen
Phase. Daher wird bei solchen Wärmespeichermaterialien
der Behälter,
in dem sich das Wärmespeichermaterial
befindet, nicht vollständig
befüllt, sondern
wenigstens die beim Phasenübergang
von fest zu flüssig
stattfindende Volumenänderung
bei der Befüllung
des Behälters
berücksichtigt.
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Als
Wärmespeichermaterialien
kommen bei manchen Ausführungsbeispielen
bspw. Salzhydrate zum Einsatz. So können bspw. Nitrat- oder Nitritsalze mit
einem Matrixmaterial, wie Graphit (expandierter Graphit oder Naturgraphit),
verwendet werden. Expandierter Graphit, der pulverförmig ist,
kann dabei mit diesen Salzen verpresst werden, wodurch ein pulverförmiges Wärmespeichermaterial
entsteht.
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Als
Salze kommen zum Beispiel LiNO3 mit einer
Schmelztemperatur von 254°C,
NaNO2 mit einer Schmelztemperatur von 270°C oder NaNO3 mit einer Schmelztemperatur von 306°C zum Einsatz.
Die entsprechende Latentwärme
dieser Materialien liegt im Bereich von ca. 60 W/mK.
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Der
Behälter
in dem sich das Wärmespeichermaterial
befindet, ist bei manchen Ausführungsbeispielen
aus Metall, bspw. einem korrosionsfreien bzw. lochfraßbeständigem Metall
wie Edelstahl, bspw. mit einem Molybdänanteil. Wenn der Behälter nahezu
luftdicht ist, reicht auch normaler Stahl als Behältermaterial
aus, da in diesem Falle kein zusätzlicher
Sauerstoff in den Behälter
gelangt und somit eine Korrosion verhindert wird.
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Bei
manchen Ausführungsbeispielen
ist der Latentwärmespeicher
direkt mit der Verbrennungseinrichtung verbunden, beide befinden
sich zum Beispiel in einem Gehäuse.
Bei anderen Ausführungsbeispielen
ist der Latentwärmespeicher
hingegen von der Verbrennungseinrichtung getrennt und bspw. nur über die
Verbrennungsgasführung
mit der Verbrennungseinrichtung verbunden. Das heißt, bei manchen
Ausführungsbeispielen
kann sich der Latentwärmespeicher
in einem anderen Raum befinden, z. B. im Keller, als die Verbrennungseinrichtung,
die bspw. im Wohnzimmer angeordnet ist.
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Der
Latentwärmespeicher
kann seine in ihm gespeicherte Wärme
bei manchen Ausführungsbeispielen
an Luft abgeben, die durch einen ersten Wärmetauscher, bspw. wie oben
beschrieben, strömt. Dazu
ist der erste Wärmetauscher
bspw. innerhalb des Latentwärmespeichers
so angeordnet, dass er Wärme
aus dem Wärmespeichermaterial
aufnehmen und an Luft, die durch den Wärmetauscher strömt abgeben
kann. Bei manchen Ausführungsbeispielen
ist eine Luftführung
Teil des ersten Wärmetauschers, die
Raumluft durch den Latentwärmespeicher
und infolge dessen auch durch das Wärmespeichermaterial strömen lässt. Bei
anderen hingegen weist der Wärmetauscher
eine extra Einrichtung auf, die bspw. Turbolatoren umfasst, die
innerhalb des Latentwärmespeichers
angeordnet sind und die Luftströmung drosseln,
sodass eine verbesserte Wärmeabgabe
an die Luft erfolgen kann.
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Zum
Steuern der Luftmenge, die durch den Latentwärmespeicher strömt, weist
der Wärmeerzeuger
bspw. ein Luftsteuermittel auf, das mechanisch oder elektrisch betreibbar
ist. Das Luftsteuermittel ist dazu ausgelegt, die Luftmenge zu steuern,
indem es bspw. den Durchströmungsquerschnitt,
durch den die Luftmenge strömt,
verändert.
Die Luft ist bspw. Raumluft, die einem Raum entnommen wird, durch den
Latentwärmespeicher
bzw. den ersten Wärmetauscher
strömt
und erwärmt
wieder an den Raum zurückgeführt wird.
Durch die Steuerung der Luftmenge wird folglich auch die pro Zeit
abgegeben Wärme
und damit bspw. auch eine Raumtemperatur gesteuert.
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Bei
manchen Ausführungsbeispielen
weist der Wärmeerzeuger
einen zweiten Wärmetauscher auf,
der dazu ausgelegt ist, Wärme
aus Verbrennungsgasen wenigstens teilsweise an durch ihn durchströmende (Raum-)Luft
abzugeben. Dazu ist der zweite Wärmetauscher
bspw. innerhalb oder oberhalb des Brennraumes der Verbrennungseinrichtung
angeordnet. Der zweite Wärmetauscher
umfasst Bereiche bzw. Öffnungen
durch die das Verbrennungsgas strömt und Bereiche bzw. Öffnungen, durch
die Luft bzw. Raumluft strömt.
Der Wärmetauscher
ist so gestaltet, dass er die Wärme
des Verbrennungsgase an die Luft abgibt, sodass bspw. ein Raum,
in dem der Wärmeerzeuger
angeordnet ist, auch zusätzlich über die
in dem zweiten Wärmetauscher
erwärmte
Luft erwärmt
werden kann (und nicht nur durch von dem Wärmeerzeuger abgegebene Strahlungswärme).
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Manche
Wärmeerzeuger
weisen ferner ein mechanisch und/oder elektrisch betreibbares Umschaltmittel
auf, das dazu ausgelegt ist, Verbrennungsgase in der Verbrennungsgasführung entweder
durch den Latentwärmespeicher
oder den zweiten Wärmetauscher
oder teilweise durch beide strömen
zu lassen. D. h. bei solchen Wärmeerzeugern kann,
bspw. bevor der Latentwärmespeicher
mit Wärme ”aufgeladen” wird,
zuerst der Raum, in dem sich der Wärmeerzeuger befindet, schnell
durch die Auf wärmung
der Luft in dem zweiten Wärmetauscher aufgewärmt werden.
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Bei
manchen Ausführungsbeispielen
weist der Wärmeerzeuger
ferner eine elektrische Steuerung auf. Die elektrische Steuerung
ist bspw. dazu ausgelegt, das Umschaltmittel in Abhängigkeit
einer Eingangsgröße zu steuern.
Eine solche Eingangsgröße ist bspw.
die Raumtemperatur, so dass bei einer niedrigen Raumtemperatur,
die unterhalb eines Sollwertes liegt, zuerst der Raum schnell aufgeheizt wird,
indem das Umschaltmittel so gestellt ist, dass das Verbrennungsgas
durch den zweiten Wärmetauscher
strömt.
Ist die gewünschte
Raumtemperatur, d. h. der Sollwert erreicht, stellt die Steuerung
das Umschaltmittel so, dass das Verbrennungsgas durch den Latentwärmespeicher
strömt
und ihn durch entsprechende Wärmeabgabe
auflädt.
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Die
Steuerung kann ferner dazu ausgelegt sein, das Luftmittel zu steuern.
D. h. die Steuerung kann in Abhängigkeit
einer Eingangsgröße (z. B.
die Raumtemperatur) steuern, ob erwärmte Luft in den Raum strömen soll
oder nicht, indem sie das Luftsteuermittel so steuert, dass die
Luft durch den Latentwärmespeicher
strömt
und erwärmt
wird. Bei manchen Ausführungsbeispielen
ist die Steuerung für
zusätzliche
Steuerfunktionen ausgelegt, wie sie im Bereich von Wärmeerzeugern üblich und
dem Fachmann bekannt sind.
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Manche
Ausführungsbeispiele
beziehen sich auf einen Latentwärmespeicher
für einen
Wärmeerzeuger
(wie oben beschrieben), wobei der Latentwärmespeicher ein Wärmespeichermaterial
umfasst, das pulverförmig
ist und einen Schmelzpunkt im Bereich zwischen 200°C und 400°C besitzt.
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Zurückkehrend
zu 1, ist dort ein erstes Ausführungsbeispiel eines Wärmeerzeugers 1 veranschaulicht.
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Der
Wärmeerzeuger 1,
hier z. B. ein Scheitholzbrennofen, weist eine Verbrennungseinrichtung 2 und
einen Latentwärmespeicher 5 auf.
In der Verbrennungseinrichtung 2, die einen Brennraum aufweist,
der durch eine Ofentür 11 geöffnet und
geschlossen werden kann, befindet sich in einer Brennschale 7,
die einen Rost 8 aufweist, ein Scheitholz 9. Dieses
Scheitholz verbrennt in der Verbrennungseinrichtung 2 und
Verbrennungsrückstände fallen
durch den Rost 8 in eine sog. Aschenlade 10. Verbrennungsgase,
die bei der Verbrennung des Scheitholzes 9 in der Verbrennungseinrichtung 2 entstehen, strömen in den
Brennraum der Verbrennungseinrichtung 2 nach oben und gelangen
durch die Öffnung 15 einer
Verbrennungsgasführung 37 in
einen ersten Abschnitt 12 der Verbrennungsgasführung 37.
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Die
Verbrennungsgasführung 37 stellt
in diesem Ausführungsbeispiel
ein durchgehendes Rohrleitsystem dar, das einen ersten Abschnitt 12 aufweist,
der sich von dem Brennraum der Verbrennungseinrichtung 2 in
den Raum 3 des Latentwärmespeichers 5 erstreckt.
Der Rohrabschnitt 12 biegt sich an seinem Ende um 90° und geht
in einen vertikalen Abschnitt 23 über, der bereits in dem Latentwärmespeicher 5 liegt,
und verläuft
durch ein Wärmespeichermaterial 6,
das sich in dem Latentwärmespeicher 5 befindet.
Das Wärmespeichermaterial 6 ist hier
schräg
schraffiert dargestellt. Die Verbrennungsgasführung weist ferner einen unteren
Abschnitt 19 auf, der dann durch eine weitere 90° Biegung
in einen vertikalen Abschnitt 22 übergeht und am Ende nach einer
weiteren 90 Grad Biegung in einen Endabschnitt 18. Durch
den Endabschnitt 18 strömt
das Verbrennungsgas, das seine Wärme
auf dem Weg durch den Latentwärmespeicher 5 an
das Wärmespeichermaterial 6 abgegeben
hat, durch die Öffnung 16 aus.
An dieser Öffnung 16 befindet
sich beispielsweise ein Kaminanschluss, durch welchen das Verbrennungsgas
an die Umwelt abgeführt
wird.
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In
diesem ersten Ausführungsbeispiel
stellt folglich der U-förmige
Verlauf der Verbrennungsgasführung 37 mit
seinen Abschnitten 23, 19 und 22 gleichzeitig
ein Wärmetauscher
dar. Das Verbrennungsgas strömt
in diesem Falle allein aufgrund seiner Konvektionsströmung, die
es aufgrund unterschiedlicher Temperaturgradienten erfährt, durch
die entsprechenden Rohrabschnitte 12, 23, 19, 22 und 18.
Bei manchen Ausführungsbeispielen
hingegen befindet sich ein zusätzliches
Rauchgasgebläse
in der Verbrennungsgasführung 37,
um das Durchströmungsverhalten
des Verbrennungsgases gezielt steuern zu können.
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Weiter
befindet sich im Latentwärmespeicher
ein Teil einer Luftführung 38,
von welcher lediglich ein Rohrabschnitt 13 in der 1 sichtbar
ist. Am oberen Ende des Rohres 13 befindet sich ein Luftsteuermittel 14,
das die Luft, die durch die Luftführung 38 fließt, an dem
Austritt an der oberen Seite des Wärmeerzeugers 1 hindern
kann. Hier ist das Luftsteuermittel 14 als elektrisch betreibbare
Einrichtung ausgestaltet, die den Luftquerschnitt von ganz offen,
d. h. der gesamte Rohrquerschnitt des Rohres 13, bis vollständig geschlossen
verändern
kann.
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Wie
aus der 2 deutlicher hervorgeht, weist
die Luftführung 38 weitere
Rohrab schnitte auf, die ähnlich
dem Rohrabschnitt 13 sind. Durch die horizontale Schnittansicht
der 2 sind lediglich Querschnitte entsprechend senkrecht
verlaufender Rohre, die ähnlich
zum Rohr 13 sind, durch entsprechende Kreise 24, 25, 26 und 27 dargestellt.
Die Luft, hier die den Wärmeerzeuger 1 umgebende
Raumluft, tritt bei einer Öffnung 21 in
einen Rohrabschnitt 20 der Luftführung 38 ein, wobei
der Abschnitt 20 an einem unteren Ende des Wärmeerzeugers
angeordnet ist. Dieser untere Rohrabschnitt 20 verläuft fast
durch den gesamten Latentwärmespeicher 5,
d. h. er erstreckt sich im Wesentlichen bis zu dem nach oben verlaufenden
Rohr, das als oberster kreisförmiger Querschnitt
mit dem Bezugszeichen 27 in der 2 dargestellt
ist. Das Rohr 20 hat Verbindungen zu den mit Bezugszeichen 24, 25, 26 und 27 dargestellten, senkrecht
verlaufenden Rohrabschnitten der Luftführung 38. D. h. in 1 ist
nur ein senkrecht verlaufender Rohrabschnitt 13 gezeigt,
wohingegen die 2 alle senkrecht verlaufenden
Rohrabschnitte mit den Bezugszeichen 24, 25, 26 und 27 zeigt.
Die Luft, die durch die Öffnung 21 in
den unteren Rohrabschnitt 20 gelangt, strömt demzufolge
durch die jeweiligen senkrechten Abschnitte 24, 25, 26 und 27 der
Luftführung 38 durch
den Latentwärmespeicher 5 von
unten nach oben und wird oben durch einen weiteren Rohrabschnitt,
der hier nicht gezeigt ist, aufgefangen und zu der Öffnung 17,
durch das Luftsteuermittel 14 hindurch, geleitet. Auch
hier erfolgt die Luftströmung
allein aufgrund von Konvektion, die durch die unterschiedliche Erwärmung der
verschiedenen Rohrabschnitte und damit der darin enthaltenen Luft entsteht.
Durch die im oberen Kantenbereich des Wärmeerzeugers 1 angeordnete Öffnung 17 strömt dann
die erwärmte
Luft, die durch die Wärmeabgabe aus
dem Wärmespeichermaterial 6 aufgewärmt wurde,
beispielsweise in den Raum, in dem der Wärmeerzeuger 1 angeordnet
ist.
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Ferner
ist in 2 ein Teil der Verbrennungsgasführung 37 dargestellt. 2 zeigt
den Rohrabschnitt 12, der sich von der Verbrennungseinrichtung 2 in
den Raum 3 erstreckt und das senkrecht verlaufende Rohr 23,
das hier nur in seinem kreisförmigen Querschnitt
dargestellt ist. Auf der linken Seite der 2 sieht
man den vertikalen Abschnitt 22 der Verbrennungsgasführung 37 und
weiter den entsprechenden Abschnitt 18, der sich aus dem
Latentwärmespeicher 5 heraus
erstreckt. An der Öffnung 16 tritt
dann das Verbrennungsgas, das auf der rechten Seite bei der Öffnung 15 eingetreten
ist, wieder aus.
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Als
Wärmespeichermaterial 6 ist
in diesem Ausführungsbeispiel
ein Material mit hoher Wärmespeicherkapazität und mit
einem Schmelzpunkt im Bereich von 270°C vorgesehen, wobei hier im
speziellen Fall als pulverförmiges
Material NaNO2 mit expandiertem Graphit
als Matrixmaterial verwendet wurde. Das Wärmespeichermaterial 6 speichert
die überschüssige Wärme aus
der Verbrennungseinrichtung durch Wärmeabgabe aus dem Verbrennungsgas
als u. a. Latentwärme
zum Schmelzen des Wärmespeichermaterials 6.
Wie bereits ausgeführt,
kann bei einem späteren
Heizbedarf einfach das Luftsteuermittel 14 so betätigt werden,
dass die Raumluft durch die Luftführung 38 strömt und so
der Raum mit entsprechend erwärmter
Luft geheizt werden kann.
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3 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel des
Wärmeerzeugers 1,
wobei sich der Wärmeerzeuger 1 von
dem nach der 1 im Wesentlichen nur dadurch
unterscheidet, dass er zusätzlich
einem Wärmetauscher 33 und
entsprechende Raumluft Ein- bzw.
Austrittsöffnungen 31 aufweist.
Die Teile des Wärmeerzeugers 1 nach 3,
die den Teilen des Wärmeerzeugers
nach 1 entsprechen, sind der Einfachheit halber mit
gleichen Bezugszeichen versehen und diese haben die gleich Eigenschaften, wie
sie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel weiter oben
beschrieben sind.
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Der
Wärmetauscher 33 dient
dazu, nach Inbetriebnahme des Wärmeerzeugers 1 auch
bei unaufgeladenem Latentspeicher 5 eine rasche Wärmeabgabe
an den Raum, der den Wärmeerzeuger 1 umgibt,
zu erreichen. Der Wärmetauscher 33 kann dazu
direkt mit den im Verbrennungsraum entstehenden Verbrennungsgasen
aufgewärmt
werden und die dort abgegebene Wärme
wird direkt an die durch Öffnungen 31 in
den Wärmetauscher 33 einströmende Raumluft
abgegeben.
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Wie
in 3 zu sehen ist, weist der Wärmetauscher 33 ein
Rohrleitsystem 32 auf, durch welches das durch die Öffnung 30 einströmende Verbrennungsgas
geführt
wird. In den übrigbleibenden
und mit 28 bezeichneten Bereichen des Wärmeerzeugers 33 kann
nun Raumluft, die durch Öffnungen 31 einströmt, erwärmt werden
und dort auch wieder ausströmen.
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Innerhalb
des Wärmeerzeugers 33 ist
ferner ein Umschaltmittel 29 angeordnet, das – je nach
Bedarf – das
Verbrennungsgas entweder durch den Wärmeerzeuger 33 strömen lässt oder
durch den Latentwärmespeicher 5.
Das Umschaltmittel 29 ist hier elektrisch ausgebildet,
kann aber auch mechanisch, beispielsweise als Schieber, ausgebildet
sein.
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Zur
Steuerung des Umlenkmittels 29 und auch des Luftleitmittels 14,
ist, wie aus 4 ersichtlich, zusätzlich eine
Steuerung 34 vorgesehen. Die Steuerung 34 ist
im Wärmeerzeuger 1 an
beliebiger geeigneter Stelle angeordnet und ist über Leitungen 35 bzw. 36 mit
dem Luftsteuermittel 14 bzw. dem Umlenkmittel 29 verbunden.
Bei manchen Ausführungsbeispielen
befindet sich die Steuerung auch außerhalb des Wärmeerzeugers.
Die Steuerung ist hier so ausgestaltet, dass sie in Abhängigkeit
der Raumtemperatur, in dem sich der Wärmeerzeuger befindet, die entsprechenden
zu steuernden Mittel, wie hier das Luftsteuermittel 14 und
das Umschaltmittel 29 steuert.
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Ein
Steuerungsschema nach einem Ausführungsbeispiel
ist dabei wie folgt: Angenommen die Raumtemperatur liegt unterhalb
eines Sollwertes von beispielsweise 21°C und der Wärmeerzeuger wird gerade in
Betrieb genommen, d. h. der Latentspeicher 5 ist nicht
aufgeladen. Die Steuerung ist dann so ausgelegt, dass sie das Luftsteuermittel 14 schließt und das
Umschaltmittel 29 so einstellt, das das Verbrennungsgas,
welches durch die Öffnung
in den Wärmetauscher 33 gelangt,
durch die schlangenförmige
Führung 32 strömt. Dadurch
wird die Luft, die durch die Öffnungen 31 in
den Wärmetauscher 33 gelangt,
schnell erwärmt
und sie strömt
sofort als warme Luft zurück
in den Raum. Sobald der Sollwert von 21°C erreicht ist, steuert die
Steuerung das Umschaltmittel 29 so, dass das Verbrennungsgas
nicht mehr durch den Wärmetauscher 33 gelangt,
sondern durch den Latentwärmespeicher 5 über die
Rohrabschnitte 12, 23, 19, 22 und 18 strömt. Dadurch
erwärmt
sich das Wärmespeichermaterial 6 im
Latentwärmespeicher 5.
Das Luftsteuermittel 14 bleibt dabei weiter geschlossen.
Sollte nun zu einem späteren Zeitpunkt,
zu dem beispielsweise das Scheitholz 9 bereits verbrannt
ist, die Raumtemperatur wieder unterhalb des Sollwerts von 21°C fallen,
so steuert die Steuerung 34 das Luftsteuermittel 14 so,
dass es geöffnet
ist und folglich erwärmte
Luft, die durch den Latentwärmespeicher 5 erwärmt wurde,
wiederum an den Raum abgegeben wird.
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Die 5 bis 9 veranschaulichen
ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Latentwärmespeichers 5', der bspw.
in einen Wärmeerzeuger 1 nach
den 1 bis 3 eingebaut sein kann. Der Latentwärmespeicher 5' weist im Wesentlichen
eine Verbrennungsgasführung 37', eine Luftführung 38' und einen Wärmetauscher 39 auf.
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Die
Verbrennungsgasführung 37' weist in dem
Latentwärmespeicher 5' fünf Verbren nungsgasohre 46 bis 50 (siehe 7)
auf, die senkrecht, d. h. von unten nach oben, durch den Latentwärmespeicher 5' geführt sind
und einen rohrförmigen
Querschnitt haben. Die Verbrennungsgasrohre 46–50 sind in
einer Draufsicht (7) wie die Zahl fünf auf einem Würfel angeordnet
und erwärmen
durch diese Verteilung in dem Latentwärmespeicher 5' das darin befindliche
Wärmespeichermaterial 6' möglichst
gleichmäßig. Verbrennungsgas
gelangt bspw. durch ein Anschlussrohr 60 (8, 9)
in einen unteren Bereich 62 des Latentwärmespeichers 5'. Dort teilt
sich das Verbrennungsgas auf und strömt aufgrund von Konvektion
durch die einzelnen Verbrennungsgasrohre 46–50 durch
den Latentwärmespeicher 5' nach oben und
gelangt dort in einen Bereich 61. Aus dem Bereich 61 gelangt
dann das Verbrennungsgas durch ein oberes Anschlussrohr 59,
nach Außen.
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Die
Luftführung 38' weist vier
Luftrohre 41 bis 44 auf, die ebenfalls senkrecht,
d. h. von unten nach oben durch den Latentwärmespeicher 5' geführt sind. Diese
Luftrohre 41 haben einen rechteckförmigen Querschnitt, wie bspw.
in 7 gezeigt ist. Die Luftrohre 41 bis 44 sind
länger
als die Verbrennungsgasrohre 46 bis 50, damit
sie nicht in den Bereichen 61 und 62 enden, da
ansonsten Verbrennungsgas in die Luftführung 38' gelangen könnte.
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Die
Verbrennungsgasrohre 46 bis 50 und die Luftrohre 41 bis 44 sind
auf ihrem Weg von unten nach oben durch den Wärmetauscher 39 geführt. Der Wärmetauscher 39 umfasst
mehrere Haltebleche 40 auf denen jeweils eine Graphitfolie
angebracht ist. Die Haltebleche 40 und die darauf befindlichen
Graphitfolien haben das gleiche Lochbild, wie bspw. die obere Abschlussplatte 45,
die in 7 gezeigt ist. Das heißt, sowohl die Verbrennungsgasrohre 46 bis 50 als
auch die Luftrohre 41 bis 44 verlaufen durch jedes
einzelne Halteblech 40 und somit auch durch jeweilige Graphitfolie.
Die Graphitfolien haben sehr gute wärmeleitende Eigenschaften,
und leiten die Wärme,
die das Verbrennungsgas auf seinem Weg durch den Wärmetausch 39 abgibt,
in das Innere des Latentwärmespeichers 5' und laden dadurch
das Wärmespeichermaterial 6', das sich zwischen
den Halteblechen 40 befindet, auf. Durch die ”rippenartige” Anordnung
der Haltebleche 40 mit den darauf befindlichen Graphitfolien,
wird die an sie abgegebene Wärme
möglichst
gleichmäßig in dem
Latentwärmespeicher 5' und in dem
darin befindlichen Wärmespeichermaterial 6' verteilt. Die
Haltebleche 40 sind durch schräg verlaufende Bereiche 52 und 53 gehalten
und die Dimensionen der einzelnen Haltebleche 40 sind so
gewählt,
dass sie in gleichmäßigem Abstand
durch die sich verjüngenden
Bereiche 52 und 53 gehalten werden. Die Haltebleche 40 können so einfach
in einer entsprechenden Reihenfolge in den durch Bereiche 52 und 53 begrenzten
Raum eingelegt werden. Die Bereiche 52 und 53 sind
hier nur für zwei
Seiten des Latentwärmespeicher 5' gezeigt. Auf den
beiden nicht gezeigten Seiten befinden sich ähnliche abgeschrägte Bereiche,
sodass die Haltebleche 40 an ihren vier Seiten gehalten
werden.
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Wie
bspw. in 6 sichtbar ist, ist der Komplex
aus Wärmetauscher 39 mit
dem dazwischen befindlichen Wärmespeichermaterial 6' oben bzw. unten
durch eine obere Abschlussplatte 45 und unten durch eine
untere Abschlussplatte 51 begrenzt, die beide jeweils ein
Lochbild zeigen, wie es für
die oberer Abschlussplatte 45 in 7 gezeigt
ist. Die Abschlussplatten 45 und 51 dienen auch
der Befestigung der Rohre der Luftführung 38' und derjenigen der
Verbrennungsführung 37'.
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Wie
in den 8 und 9 gezeigt ist, ist der Latentwärmespeicher 5' oben und unten
oben geschlossen und das obere und untere Ende des Latentwärmespeicher 5' bilden zusammen
mit der oberen bzw. unteren Abschlussplatte 45 bzw. 51 den oberen
Bereich 61 bzw. den unteren Bereich 62 durch das
Verbrennungsgas geführt
und auf die Verbrennungsgasrohre 46 bis 50 aufgeteilt
wird.
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Die
Luftrohre 41 bis 44 gehen durch den kompletten
Latentwärmespeicher 5' in einer senkrechten
Richtung hindurch, sodass bspw. Raumluft durch den Latentwärmespeicher 5' strömen kann. Der
Wärmetauscher 39 übt somit
eine Doppelfunktion aus, da er nicht nur die Wärme von dem Verbrennungsgas
in den Latentwärmespeicher 5' leitet und das
darin befindliche Wärmespeichermaterial 6' auflädt, sondern
der Wärmetauscher
leitet auch Wärme aus
den Latentwärmespeicher 5' an die Luftrohre 41 bis 44 der
Luftführung 38', wodurch sich
durch die Luftführung 38' und insbesondere
durch die Luftohre 41 bis 44 strömende Raumluft
erwärmt.
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Zur
Steuerung der Raumluftmenge, die durch die Rohre 41 bis 44 strömen soll,
ist auf dem Latentwärmespeicher 5' ein Luftschieber 14' angeordnet
(8 und 9). Der Luftschieber 14' weist rechteckförmige Öffnungen 57 und
kreisförmige Öffnungen 58 auf.
Durch entsprechende Drehung an einem Griff 56 des Luftschiebers 14' kann der gesamte Luftschieber 14' gedreht werden,
wodurch bspw. die rechteckförmigen Öffnungen 57 oberhalb
der Luftrohre 41 bis 44 entsprechend angeordnet
werden können.
Befinden sich die rechteckförmigen Öffnungen 57 oberhalb
der Luftrohre 41 bis 44, so strömt Raumluft
aufgrund von Konvektion durch Luftrohre 41 bis 44 und
somit auch durch die rechteckförmigen Öffnungen 57 und
es gelangt erwärmte
Raumluft durch die rechteckförmigen Öffnungen 14' in den den Latentwärmespeicher
umgebenden Raum. Befindet sich der Luftschieber 14' in einer Stellung,
in der die oberen Öffnungen
der Luftrohre 41 bis 44 geschlossen sind, so strömt keine
Luft durch die Luftführung 38' und die Wärme verbleibt
in dem Latentwärmespeicher 5'.
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Der
Latentwärmespeicher 5' weist zusätzlich eine
Wärmeisolierung
auf, die in der Schnittdarstellung 8 in den
Bereichen 54 und 55 zu sehen ist, damit die Wärme in dem
Wärmespeichermaterial 6' des Latentwärmespeichers 5' bleibt und
eine gesteuerte Wärmeabgabe
mit dem Luftschieber 14' möglich ist.
Die Wärmeisolierung 54, 55 umgibt
den Wärmetauscher 39 und
das Wärmespeichermaterial 6' an den Seiten
und teilweise auch oben und unten, um eine möglichst gute Wärmeisolierung
zu erzielen. Der Latentwärmespeicher 5' ist demnach
so ausgestaltet, dass er keine oder nur wenig Wärme in Form von Wärmestrahlung
abgibt, sondern seine gespeicherte Wärme in Form von aufgewärmter (Raum)-Luft
abgibt. Dadurch ist eine gezielte Wärmeangabe möglich.