DE102013004087A1

DE102013004087A1 - Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe

Info

Publication number: DE102013004087A1
Application number: DE102013004087.6A
Authority: DE
Inventors: Volker Schmatloch; Marcin Zbieg; Christoph Anneken; Gerhard Manfred Rokossa
Original assignee: Spartherm Feuerungstechnik GmbH
Current assignee: Spartherm Feuerungstechnik GmbH
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2014-09-11
Also published as: DE202013011856U1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe, insbesondere einen Kamin- oder Kachelofen, einen Kamineinsatz oder dergleichen, mit einem Verbrennungsluftanschluss und mit einem an einer Abgasführung 7 angeschlossenen Brennraum 1, wobei im Bereich der Abgasführung 7 oder im Bereich des Brennraumes 1 zumindest ein Wärmeübertragungsflächen aufweisendes Teil zur Wärmeübertragung an ein Medium vorgesehen ist. Um die von der Vorrichtung erzeugte Wärme besser nutzen zu können, ist vorgesehen, dass das Teil zur Wärmeübertragung mit zumindest einem thermoelektrischen Generator 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 wärmeleitend verbunden ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe, insbesondere einen Kamin- oder Kachelofen, einen Kamineinsatz oder dergleichen, mit einem Verbrennungsluftanschluss und mit einem an eine Abgasführung angeschlossenen Brennraum, wobei im Bereich der Abgasführung und/oder im Bereich des Brennraumes zumindest ein eine Wärmeübertragungsfläche aufweisendes Teil zur Wärmeübertragung an ein Medium wie Luft, Wasser und dgl. vorgesehen ist.
Feuerungsanlagen wie Kaminanlagen, Kachelöfen, Kaminöfen oder dergleichen werden meist chargenweise mit Brennstoffen wie Holz in stückiger oder gepresster Form, Stroh oder anderen nachwachsenden Brennstoffen oder auch mit Kohlebrennstoffen befeuert. Mit Biomasse, also vorwiegend mit Holz, betriebene Feuerungsanlagen leisten einen großen Beitrag zur Nutzung regenerativer Energien. Aus diesem Grunde und aufgrund der damit erreichbaren Verbesserung der Wärmeversorgungssicherheit in Privathaushalten erfreuen sich solche Feuerungsanlagen bzw. Vorrichtungen zum Verbrennen von festen Brennstoffen großer Beliebtheit. In vielen Anwendungsfällen werden solche Vorrichtungen als Einzelfeuerstätten vorgesehen, bei denen die Verbrennung ohne Gebläseunterstützung abläuft und bei denen die Verbrennungsluftzufuhr und die Abgasableitung mithilfe des natürlichen Schornsteinzuges bewerkstelligt wird. Solche Feuerstätten können vorteilhafterweise ohne elektrische Hilfsenergie betrieben werden.
Bei vielen Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind jedoch auch Gebläse vorzusehen, beispielsweise bei mit Pellets betriebenen Vorrichtungen. Darüber hinaus ist bekannt, solche Feuerungsstätten an einen Wärmetauscher anzuschließen und mithin an einen Wasserkreislauf zwecks Nutzung der Wärme der Feuerungsstätte zur Warmwasserbereitung. Dazu sind allerdings auch elektrische Energie verbrauchende Pumpen erforderlich. Die dazu erforderliche elektrische Energie ist von einer allgemeinen Stromversorgung bereit zu stellen, so dass bei einem Stromausfall eine solche Vorrichtung nicht mehr sicher oder nicht mit ihrer vollen Leistungsfähigkeit betrieben werden kann.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit verbesserter Abwärmenutzung bereitzustellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich die Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch aus, dass zumindest ein Teil zur Wärmeübertragung mit zumindest einem thermoelektrischen Generator verbunden ist.
Bei der Vorrichtung nach der Erfindung kann mithilfe des thermoelektrischen Generators die von der Vorrichtung erzeugte Wärme zur Stromerzeugung genutzt werden. Damit ist ein Anteil der erzeugten Wärme elektrisch zu nutzen. Dazu kann die erzeugte elektrische Energie beispielsweise auch als Energie für elektrische Geräte der Feuerstätte genutzt werden, beispielsweise zum Betrieb eines Gebläses, zum Betrieb von Pumpen, aber auch, um beispielsweise eine Notbeleuchtung oder auch einen Ladestrom für Kleingeräte stromnetzunabhängig zur Verfügung zu stellen. Dies ist insbesondere bei wasserführenden Vorrichtungen bei Ausfall des öffentlichen Stromnetzes von Bedeutung.
Thermoelektrische Generatoren können an Wänden eines Brennraumes innerhalb oder außerhalb des Brennraumes, aber auch im Abgasweg angeordnet sein, so dass eine Beheizung durch den Abgasstrom der Vorrichtung erfolgen kann. Auf der kalten Seite können geeignete Kühlkörper, Kühlrippen und dergleichen für den Abtransport der Wärme vorgesehen sein. Darüber hinaus ist es möglich, diese mit einem wasserführenden Wärmetauscher zu verbinden. Es ist auch möglich, einen separaten Wasserwärmetauscher vorzusehen, der mit dem Generator gekoppelt ist. Zudem ist es möglich, einen Inverter für Geräte, beispielsweise für eine Pumpenspannung oder eine Gleichstrompumpe vorzusehen.
Wesentliche weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus weiteren Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:
1 eine Vorderansicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Verbrennen von festen Brennstoffen;
2 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels gemäß der Darstellung nach 1;
3 eine zu 2 analoge Seitendarstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels;
4 eine Seitenansicht auf eine Vorrichtung nach 1 mit einem alternativ angeordneten thermoelektrischen Generator mit einem Pufferspeicher eines Flüssigkeitskreislaufes;
5 eine Darstellung eines thermoelektrischen Generators mit einem Wärmestromregulierer, einem Steuermodul sowie einem Akkupuffer, und
6 eine Darstellung des Wärmetauschers mit Wärmestromregulierern auf der Heiss- und auf der Kaltseite.
In der Zeichnung sind grundsätzlich übereinstimmende Teile mit übereinstimmenden Bezugsziffern versehen. Die in den Zeichnungen gezeigte Vorrichtung zum Verbrennen von festen Brennstoffen ist als Kaminofen ausgebildet mit einem Brennraum 1, der über eine Tür 5 zu verschließen ist. Dieser ist üblicherweise mit Schamottsteinen ausgekleidet und über die aufschwenkbare Tür 5 zugänglich. Die Tür 5 ist über einen Türgriff 2 zu öffnen. Die Abgase des Verbrennungsgutes sind über einen Abgassammler 3 zu führen, wobei dem Abgassammler 3 ein Wärmetauscher 4 zugeordnet ist.
Wie näher in den 2, 3 und 4 angedeutet, sind alternativ oder kummulativ an Stellen, die Teile zur Wärmeübertragung aufweisen, also Teile, die im Bereich des Brennraumes, des Abgassammlers 3 und/oder des Wasserwärmetauschers 4 vorgesehen sind, thermoelektrische Generatoren 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 20 angeordnet. Diese sind in der Lage, aufgrund des anliegenden Temperaturgefälles thermoelektrischen Strom zu gewinnen. An den Abgassammler 3 und den Wasserwärmetauscher 4 schließt sich ein Abgasstutzen 7 an.
Wie aus 2 ersichtlich, ist der Brennraum 1 von einem Wassermantel 8 auch rückseitig umgeben. Zudem ist eine Umlenkplatte 9 vorgesehen. Wie aus 3 ersichtlich ist, sind die thermoelektrischen Generatoren 6.1, 6.2, 6.3 und 6.4 im Bereich des Wasserwärmetauschers und im Bereich des Abgassammlers angeordnet. Zudem ist ein Abgaswärmeübertrager 10 vorgesehen. Die thermoelektrischen Generatoren 6.1 bis 6.4 sind in den Abgaskanälen 11 angeordnet.
Wie näher aus dem Ausführungsbeispiel nach 4 hervorgeht, können ein Vorlaufanschluss 12 und ein Rücklaufanschluss 13 für den Wasserwärmetauscher 4 vorgesehen sein, die einem Wasserpufferspeicher 14 zugeordnet sind. Dem Vorlaufanschluss 12 und dem Rücklaufanschluss 13 ist eine Bypassleitung mit einem Mischer 15 zugeordnet, wobei über ein Steuermodul 16 und einen Akkupuffer 17 und eine Umwälzpumpe 18 der Wasserfluss zu steuern ist. Des Weiteren ist ein Wärmestromregulierer 19 vorgesehen, der beispielsweise als Wärmeleitblech, als Kühlkörper, als Bimetallelement und dergleichen ausgebildet sein kann und dem zumindest ein thermoelektrischer Generator 6.1, wie in 4 angedeutet, zugeordnet ist. Des Weiteren kann ein Inverter versorgt werden. Ebenfalls kann eine Gleichstrompumpe für den Wasserkreislauf vorgesehen sein.
In 5 ist noch angedeutet, dass einem Wärmestromregulierer 19 und einem thermoelektrischem Generator 20 ein Steuermodul zugeordnet sein kann mit einem Akkupuffer 22. Ein Stromverbraucher ist mit 23 angedeutet. Dies kann beispielsweise auch ein Gebläse oder eine Pumpe sein.
In 6 ist in einer Seitendarstellung der Wärmetauscher 4 dargestellt oberhalb des Abgasstroms 7, wobei jeweils die thermoelektrischen Generatoren 6.1 und 6.2 vorgesehen sind sowie der Vorlaufanschluss 12 und der Rücklaufanschluss 13. Zwischen den thermoelektrischen Generatoren sind Wärmestromregulierer 19 und 19.2 sowohl auf der Heissseite als auch auf der Kaltseite vorgesehen.

Claims

Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe, insbesondere Kamin- oder Kachelofen, Kamineinsatz oder dergleichen, mit einem Verbrennungsluftanschluss und mit einem an einer Abgasführung (3, 7) angeschlossenen Brennraum (1), wobei im Bereich der Abgasführung (3, 7) oder im Bereich des Brennraumes (1) zumindest ein Wärmeübertragungsflächen aufweisendes Teil zur Wärmeübertragung an einem Medium vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Teil zur Wärmeübertragung mit zumindest einem thermoelektrischen Generator (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 20) wärmeleitend verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Teil zur Wärmeübertragung zumindest eine Vorrichtung (4) zur Führung von Wasser aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Teil zur Wärmeübertragung zumindest eine Vorrichtung (11) zur Führung von Luft aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem thermoelektrischen Generator (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 20) zumindest ein Wärmeregulierer (19) zur Regelung des Wärmestromes zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem thermoelektrischen Generator (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 20) eine Steuervorrichtung zugeordnet ist und dass die elektrische Leistungsabgabe des thermoelektrischen Generators (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 20) durch diese Steuervorrichtung (16) regelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem thermoelektrischen Generator (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 20) ein Energiespeicher (14) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem elektrischen Generator (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 20) ein Inverter zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem thermoelektrischen Generator (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 20) ein Funktionsmodul (21) zugeordnet ist und dass der Betrieb des Funktionsmoduls über eine Steuervorrichtung (16) regelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsmodul (21) als eine mit Gleichstrom betreibbare Umwälzpumpe (18) für einen Wasserkreislauf ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsmodul (21) als eine mit Wechselstrom betreibbare Umwälzpumpe (18) für einen Wasserkreislauf ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeregulierer (18) als Wärmeleitelement wie eine Wärmerippe oder dgl. ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeregulierer (19) als Regelvorrichtung für die Regelung des Wärmestromes ausgebildet ist.