DE10350104B4

DE10350104B4 - Vorrichtung zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme an einen zu beheizenden Raum

Info

Publication number: DE10350104B4
Application number: DE10350104A
Authority: DE
Inventors: Karl Eberl
Original assignee: Individual
Current assignee: Fml Thermoprojekt 35745 Herborn De GmbH
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2023-10-28
Also published as: DE10350104A1; DE20316520U1

Abstract

Vorrichtung zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme an einen zu beheizenden Raum, umfassend einen von einem Mantel (14) aus feuerfestem Material umgebenen und begrenzten Brennraum (12), eine in dem Brennraum (12) angeordnete, mit einem Gas-/Luftgemisch versorgbare Brenneinrichtung (46) und eine im unteren Bereich (80) des Brennraumes (12) angeordnete Abluftleitung (84), wobei der Brennraum (12) gegenüber dem der Brenneinrichtung (46) zugeführten und zu verbrennenden Gas-/Luftgemisch abgeschlossen ist und wobei die Brenneinrichtung (46) als vollvorgemischter Gasstrahlungsbrenner (48) mit einem Brennermedium (50) aus einer homogenen, permeablen Mattenstruktur oder dergleichen ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme an einen zu beheizenden Raum.

Derartige Vorrichtungen, wie zum Beispiel ein herkömmlicher Kachelofen, sind allgemein bekannt. Eine solche Vorrichtung umfasst einen Mantel aus feuerfestem Material, wie zum Beispiel aus Schamotte, der einen Brennraum umgibt und damit begrenzt. In dem Brennraum wird das vorgesehene Heizmedium, beispielsweise Heizöl oder Holz, verbrannt, wodurch Wärme erzeugt wird. Diese Wärme wird von diesen Vorrichtungen sodann, gegebenenfalls nach (kurzzeitiger) Speicherung, an einen zu beheizenden Raum abgegeben. In der FR 2.052.009 ist eine solche mit Gas und Luft versorgbare Vorrichtung zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme an einen zu beheizenden Raum beschrieben. Darüber hinaus zeigt die DE 43 29 726 C2 einen Kachelgrundofen, der aus Schamottesteinen aufgemauert ist. Der Kachelgrundofen wird mittels eines Gasbrenners befeuert. Zwischen dem Gasbrenner und dem Schornsteinanschluss ist eine Absperrvorrichtung angeordnet. Die Absperrvorrichtung ist durch einen Stellmotor elektronisch derart betätigbar, dass der Durchfluss von Frischluft bei Stillstand des Gasbrenners weitgehend unterbunden ist. In der Wand ist eine Öffnung vorgesehen, die durch eine Anheizklappe verschließbar ist. Die Anheizklappe ist durch einen zweiten Stellmotor öffen- und verschließbar. Des Weiteren geht aus der CH 467 ein Ventilations-Gasheizofen mit feuerfestem Einsatz zur Speicherung von Wärme hervor. Der den Brennraum begrenzende Mantel ist mit einer Außenverkleidung aus Gusseisen versehen und umfasst Platten aus feuerfestem Material zur Wärmespeicherung. Weiterhin ist in der US 2,542,124 eine Heizvorrichtung mit einer Brenneinrichtung zum Verbrennen von flüssigem Kraftstoff, wie Benzin, oder Öl offenbart. Der flüssige Kraftstoff wird der Brenneinrichtung dabei über eine Leitung zugeführt. Diese Leitung ist in einem Rohr mit etwas größerem Durchmesser aufgenommen. Das eine Ende des Rohres mündet in den Brennraum unterhalb der Brenneinrichtung ein. Das andere Ende erstreckt sich bis unterhalb des Bodens der Heizvorrichtung. Die Enden sind jeweils offen, um den Brennraum mit der Atmosphäre zu verbinden. Der FR 1.448.343 ist schließlich eine Brenneinrichtung in Form eines Gasbrenners entnehmbar, dessen Brennraum über eine Öffnung oder dergleichen wenigstens teilweise von außen zugänglich ist, wobei die Öffnung über eine durchsichtige Tür verschließbar ist.

Allerdings haben sich derartige Vorrichtungen in der Praxis sämtlich als verhältnismäßig nachteilig erwiesen. Zum einen besitzen die erzeugten Abgase im Allgemeinen 100 °C und mehr. Damit wiederum verbunden sind große Wärmeverluste. Nicht zuletzt hieraus resultierend ergibt sich bei derartigen Vorrichtungen das zusätzliche Erfordernis, Durchmesser des Kamins bzw. der Abluftleitung von wenigstens 200 mm vorzusehen, wodurch zwangsläufig die Baugröße solcher Vorrichtungen erhöht und deren Einsatzmöglichkeiten bei nur geringem Platzbedarf erheblich vermindert sind. Ebenso sind aktive Maßnahmen zur Abkühlung der Abluft bzw. des Abgases erforderlich. Zum anderen ist der Brennraum gegenüber dem zuzuführenden Brennmaterial nicht abgeschlossen, wodurch die Brenncharakteristika und Temperaturprofile nicht konstant gehalten sind. Nicht zuletzt hieraus resultierend weisen diese Vorrichtungen in aller Regel einen Wirkungsgrad von lediglich etwa 60 % auf. Damit einhergehend werden besonders hohe Kosten beim Betrieb solcher Vorrichtungen verursacht. Schließlich sind derartige Vorrichtungen üblicherweise an Ort und Stelle aus einer Vielzahl von Bauteilen zusammengesetzt und sodann fest installiert. Eine Transportmöglichkeit dieser Vorrichtungen ist daher ausgeschlossen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme an einen zu beheizenden Raum zur Verfügung zu stellen, mit welcher sich die obigen Nachteile verhindern lassen, welche mithin einen ausgesprochen hohen Wirkungsgrad bei gleichzeitig sehr geringen Betriebskosten aufweist, welche die Temperatur des Abgases weitestmöglich absenkt, wodurch sich große Wärmeverluste vermeiden, damit einhergehend der Durchmesser der Abluftleitung wesentlich verringern und sich somit die Einsatzmöglichkeiten wesentlich verbessern lassen, sowie welche konstruktiv besonders einfach, kompakt, stabil und zugleich transportfähig ist.

Diese Aufgabe wird auf überraschend einfache Weise durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Demnach lässt sich durch die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme an einen zu beheizenden Raum, umfassend einen von einem Mantel aus feuerfestem Material umgebenen und begrenzten Brennraum, eine in dem Brennraum angeordnete, mit einem Gas-/Luftgemisch versorgbare Brenneinrichtung und eine im unteren Bereich des Brennraumes angeordnete Abluftleitung, wobei der Brennraum gegenüber dem der Brenneinrichtung zugeführten und zu verbrennenden Gas-/Luftgemisch abgeschlossen ist und wobei die Brenneinrichtung als vollvorgemischter Gasstrahlungsbrenner mit einem Brennermedium aus einer homogenen, permeablen Mattenstruktur oder dergleichen ausgebildet ist, eine Vorrichtung erreichen, die einen hohen Wirkungsgrad und/oder Nutzwirkungsgrad besitzt und damit einhergehend ausgesprochen geringe Betriebskosten nach sich zieht. Zugleich lassen sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Temperaturen des Abgases um etwa die Hälfte der Temperatur herkömmlicher Vorrichtungen absenken. Dadurch, dass der Brennraum gegenüber dem der Brenneinrichtung zugeführten und zu verbrennenden Gas-/Luftgemisch abgeschlossen bzw. quasi isoliert ist, ist in dem Brennraum jegliche zusätzliche Verbrennung ausgeschlossen. Damit ist zugleich eine Erhöhung der Flammentemperatur und ein verschlechterter Wirkungsgrad infolge eines wesentlich erhöhten Temperaturprofils der Abluft bzw. des Abgases sicher vermieden. Ganz bevorzugt umfasst die Brenneinrichtung zudem einen Gasstrahlungsbrenner, dem ein Brennermedium mit einer ho mogenen, permeablen Mattenstruktur oder dergleichen zugeordnet ist. Der Gasstrahlungsbrenner, der als Injektorbrenner wirkt, und das Brennermedium, das in Form einer Matte bzw. Platte aus Keramik infrarot strahlt bzw. glüht, führen zu einer ausgesprochen leistungsfähigen Bauweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung insgesamt. So ist infolge der großen Fläche des Brennermediums ein großflächig verteilter Wärmeübergang möglich. Nicht zuletzt hieraus resultierend ergibt sich ein außerordentlich kostengünstiger Betrieb der Vorrichtung. Damit einhergehend können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung große Wärmeverluste und große Durchmesser des zugehörigen Kamins oder der entsprechenden Abluftleitung vermieden werden. Allein aufgrund letzteren Vorteils ergeben sich verbesserte und vielfältige Möglichkeiten bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Demnach kann ein gesonderter Kaminanschluss vollständig vermieden werden. Schließlich besitzt die Vorrichtung nach der Erfindung eine ausgesprochen einfache, kompakte sowie stabile Bauweise und gestattet zudem deren Transport von einem zu anderem Ort. Insoweit ist es grundsätzlich möglich, die Vorrichtung ohne großen Aufwand von einem Ort zu einem anderen umzuziehen und dann wieder in Betrieb zu nehmen.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 32 beschrieben.

Von besonders großer Bedeutung für eine einfache, zudem ausgesprochen variable Handhabung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die technischen Merkmale des Anspruchs 2, wonach die Brenneinrichtung mit einer Einrichtung zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses des zu verbrennenden Gas-/Luftgemisches versehen ist.

Dabei sind die konstruktiven Maßnahmen des Anspruchs 3 von ausgesprochen großem Interesse, dass nämlich die Einrichtung zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses des zu verbrennenden Gas-/Luftgemisches auf dem Prinzip einer Wasserstrahlpumpe basiert, derart, dass das dem Gasstrahlungsbrenner über eine erste Zuleitung zugeführte Gas die dem Gasstrahlungsbrenner über eine zweite Zuleitung zugeführte Luft mitreißt.

Des weiteren liegt es im Rahmen der Erfindung, dass der Gasstrahlungsbrenner nach Anspruch 4 ein Gehäuse aufweist, an dessen Oberseite das Brennermedium dem Brennraum zugewandt angeordnet ist und in das die Einrichtung zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses des zu verbrennenden Gas-/Luftgemisches einmündet.

Vorteilhaftererweise ist entsprechend den Maßnahmen des Anspruchs 5 eine im Wesentlichen horizontal und sich in oder parallel zu einer von dem Brennermedium aufgespannten Ebene erstreckende Platte oder dergleichen im Bereich des Bodens des Brennraumes zur Bildung eines Raumes vorgesehen ist, über welchen die zweite Zuleitung zur Zuführung der Luft und die Einrichtung zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses kommunizieren.

Nach den Merkmalen des Anspruchs 6 ist das Brennermedium aus Keramik ausgebildet. Bevorzugt ist das Brennermedium aus Keramikfasern ausgebildet, die insbesondere mit Siliziumkarbid beschichtet und miteinander verschweißt sind. Das Brennermedium ist leistungsfähig und bildet eine stabile, selbstragende Mattenstruktur. Bereits Sekunden nach der Zündung ist die volle Strahlung erreicht. Nach dem Ausschalten der Brenneinrichtung ist die Strahlung beendet. Deren Oberfläche erkaltet sofort. Auf diese Weise wird ein langes Vorglühen vor der Zündung und die Erzeugung einer Nachwärme vermieden. Eine genaue und optimale Steuerung ist gewährleistet. Zudem ergibt sich durch die homogene Mattenstruktur eine gleichmäßige und zugleich kostengünstige Strahlung. Schließlich weist eine solche Mattenstruktur eine sehr hohe Lebensdauer auf.

Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, dass der den Brennraum begrenzende Mantel aus feuerfestem Material nach An spruch 7 aus Steinen aus Schamotte, Beton, Keramik, Ton oder Speckstein gebildet ist.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann der den Brennraum begrenzende Mantel aus feuerfestem Material nach Anspruch 8 zusätzlich mit einer Außenverkleidung versehen sein.

In diesem Zusammenhang sind die technischen Merkmale der Ansprüche 9 bis 12 von ausgesprochen großem Interesse, dass nämlich die weitgehend sichtbare Außenverkleidung wenigstens teilweise aus Stein, insbesondere Naturstein, vorzugsweise Marmor, Granit oder Speckstein, bzw. Kunststein, Keramik, feuerfestem Glas oder Metall, insbesondere Gussstahl, Baustahl, Aluminium oder einer Legierung davon, bzw. einer Kombination daraus ausgebildet ist/sind. Gegebenenfalls ist/sind der rückseitige, den Brennraum begrenzende Mantel und/oder die rückseitige Außenverkleidung wärmeisolierend ausgestaltet, d.h. besteht/bestehen aus Wärmedämmmaterial, wie aus Platten aus Thermoschamotte.

Dadurch, dass der den Brennraum begrenzende Mantel aus feuerfestem Material entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 13 von einem Rahmengestell aufgenommen und abgestützt ist, lässt sich eine besonders einfache, kompakte und stabile Bauweise erreichen, die zudem nach erfolgtem Aufbau ohne großen Aufwand einen Abbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung, deren Transport und einen anschließenden Aufbau der Vorrichtung an anderer Stelle ermöglicht.

Dabei liegt es zweckmäßigerweise im Rahmen der Erfindung, dass das Rahmengestell nach Anspruch 14 ein Bodenelement, eckseitig mit dem Bodenelement verbundene, winkelförmige Längsträgerelemente und ein mit den Längsträgerelementen verbundenes, im Wesentlichen an die Grundfläche des Bodenelementes angepasstes und umlaufendes Kopfelement umfasst.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist des Weiteren erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Rahmengestell entsprechend den technischen Merkmalen des Anspruchs 15 aus Stahl, insbesondere nicht-rostendem Stahl, vorzugsweise aus Nirosta, gebildet ist. Auf diese Weise ist das Rahmengestell und damit einhergehend die gesamte erfindungsgemäße Vorrichtung ausgesprochen widerstandsfähig und beispielsweise gegen sich in dem Brennraum ausbildendem Kondenswasser unempfindlich.

In zweckmäßiger Weise ist die erste Zuleitung zur Zuführung des Gases nach Anspruch 16 über wenigstens ein, insbesondere zwei, Ventil/e, vorzugsweise Magnetventil/e, öffen- und schließbar.

Zur genauen Einstellung der Temperatur in dem zu beheizenden Raum einerseits und/oder des Heizzyklus andererseits ist die erste Zuleitung zur Zuführung des Gases dabei entsprechend den Maßnahmen des Anspruchs 17 über einen Temperatursensor und/oder eine Zeitschaltuhr, der bzw. die in dem zu beheizenden Raum angeordnet ist/sind und mit einer Steuereinrichtung zusammenwirkt/zusammenwirken, betätigbar.

In der Praxis hat es sich entsprechend Anspruch 18 als vorteilhaft erwiesen, dass die erste Zuleitung zur Zuführung des Gases einen Durchmesser etwa zwischen 4 bis 12 mm, insbesondere von 8 mm, aufweist.

Nach Anspruch 19 kommuniziert die zweite Zuleitung zur Zuführung der Luft mit dem zu beheizenden Raum unmittelbar. Alternativ ist es aber in rein konstruktiver Hinsicht ebenso ohne Weiteres denkbar, dass die zweite Zuleitung zur Zuführung der Luft vorzugsweise durch eine Wand des zu beheizenden Raumes hindurchführbar und insoweit mit der Außenumgebung des zu beheizenden Raumes in Verbindung steht.

Entsprechend Anspruch 20 weist die zweite Zuleitung zur Zuführung der Luft einen Durchmesser etwa zwischen 20 und 40 mm, insbesondere von 30 mm, auf.

Zur Vereinfachung der Handhabung der Vorrichtung nach der Erfindung dienen weiterhin die Merkmale des Anspruchs 21. Demnach ist dem Gasstrahlungsbrenner eine Zündelektrode, eine Piezo-Zündeinrichtung oder dergleichen zugeordnet, um das Gas-/Luft-Gemisch zum Betrieb der Vorrichtung nach der Erfindung auf einfache und zugleich zuverlässige Weise zu entzünden.

Darüber hinaus liegt es im Rahmen der Erfindung, dem Gasstrahlungsbrenner entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 22 ein Thermoelement zuzuordnen, das mit dem wenigstens einen in der ersten Zuleitung zur Zuführung des Gases angeordneten Ventil zum Öffnen und Schließen der ersten Zuleitung zur Zuführung des Gases zusammenwirkt. Auf diese Weise lässt sich eine ausgesprochen sichere Vorrichtung zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme erhalten. Bei Erlöschen der Flamme der Brenneinrichtung nämlich wird automatisch die Zuleitung des Gases zur Brenneinrichtung geschlossen und damit die Gasversorgung insgesamt unterbrochen. Das Thermoelement ist nach Anspruch 23 der Zündelektrode oder der Piezo-Zündeinrichtung zugeordnet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Abluftleitung nach Anspruch 24 im rückseitigen Bereich des Brennraumes, insbesondere an dessen Rückseite, angeordnet.

Aufgrund der konstruktiven Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung insgesamt ist es zwar nicht unbedingt erforderlich, dass der Abluftleitung nach Anspruch 25 eine Einrichtung zur Entleerung von Kondenswasser zugeordnet ist. Eine solche Einrichtung aber führt zu einer weitergehenden Verbesserung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Entsprechend den Ansprüchen 26 und 27 ist in der Abluftleitung vorzugsweise eine Einrichtung zur Erhöhung des darin herr schenden Unterdruckes angeordnet ist, die ein Gehäuse mit einer Öffnung umfasst, über welche Zuluft aus dem zu beheizenden Raum in die Abluftleitung einführbar bzw. einsaugbar ist.

Durch die Maßnahmen des Anspruchs 28, die Abluftleitung in geringfügigem Abstand zum Boden des Brennraumes anzuordnen, ist sichergestellt, dass beispielsweise aufgrund ganz bestimmter Betriebsbedingungen gebildetes Kondenswasser nicht in die Abluftleitung austreten kann. Das so gebildete Kondenswasser wird vielmehr am Boden des Abluftkanals bzw. des Brennraumes gesammelt und bis zur nächsten Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgelöst.

Von ganz besonderem Interesse für einen ausgesprochen hohen Wirkungsgrad und/oder Nutzwirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Merkmale des Anspruchs 29, wonach die Abluftleitung in vertikaler Richtung etwa 150 mm bis ungefähr 350 mm, insbesondere etwa 240 mm, oberhalb der von der Oberfläche des Brennermediums aufgespannten Ebene angeordnet ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die durch die Abluftleitung abgeführte Abluft bzw. das Abgas eine Temperatur von etwa 30 °C bis maximal ungefähr 50 °C aufweist, und zwar ohne zusätzliche Kühlmaßnahmen, beispielsweise mittels aktivem Wasserkühlkreislauf etc. Wärmeverluste und damit ein Abfall des Wirkungsgrades, wie dies bei herkömmlichen Vorrichtungen dieser Art zu beobachten ist, sind somit ausgeschlossen.

Von besonderer Bedeutung sind weiterhin die Merkmale des Anspruchs 30, wonach die Abluftleitung mit der Außenumgebung des zu beheizenden Raumes kommunziert. Nicht zuletzt aufgrund der gesamten Bau- und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die kleinste Abmessungen der Abluftleitung ermöglicht, ist kein gesonderter Kamin erforderlich oder sind sonstige baulichen Vorkehrungen zum Anschluss der Abluftleitung an einen solchen zu treffen.

Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 31 sind die zweite Zuleitung und die Abluftleitung endseitig mit einem Windschutz oder dergleichen versehen.

Schließlich liegt es noch im Rahmen der Erfindung, dass der Brennraum nach Anspruch 32 über eine Öffnung oder dergleichen wenigstens teilweise von außen zugänglich ist, wobei die Öffnung über eine, insbesondere durchsichtige, Verschließeinrichtung oder dergleichen Fenster bzw. Tür abdichtend verschließbar ist. Die Öffnung kann dabei zu Wartungs-, Reparatur- und sonstigen Revisionsarbeiten der in dem Brennraum angeordneten Brenneinrichtung zum Einsatz gelangen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen. Hierbei zeigen:
1 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung,
2 eine Querschnittsansicht durch die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Linie II-II in 1, ohne eine erfindungsgemäß ausgebildete Platte,
3 eine Querschnittsansicht durch die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Linie III-III in 1, mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Platte,
4 eine Vorderansicht der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Pfeil IV in 2,
5 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rahmengestells der Vorrichtung nach den 1 bis 4,
6 eine Draufsicht auf die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rahmengestells gemäß 5,
7 eine teilweise abgebrochene Querschnittsansicht durch die Ausführungsform des Rahmengestells gemäß Linie VII-VII in 6, in vergrößerter Darstellung,
8A bis 8D eine Seitenansicht, eine Draufsicht, eine Unteransicht und eine Vorderansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Brenneinrichtung entsprechend den 1 bis 7, in vergrößerter Darstellung,
9 ein schematisches Blockschaltbild einer Einrichtung zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
10A und 10B eine Draufsicht und eine Abwicklung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Erhöhung des in der Abluftleitung herrschenden Unterdruckes,
11 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung,
12 eine Querschnittsansicht durch die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Linie XII-XII in 11, und
13 eine Vorderansicht der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Pfeil XIII in 12.
Bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen erfindungsgemäßer Vorrichtungen 10 zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme an einen zu beheizenden Raum sind einander entsprechende, gleiche Bauteile jeweils mit identischen Bezugsziffern versehen.
Die in den 1 bis 4 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme an einen zu beheizenden Raum (nicht dargestellt) umfasst einen Brennraum 12, der von einem Mantel 14 aus feuerfestem Material umgeben und begrenzt ist. Der den Brennraum 12 begrenzende Mantel 14 aus feuerfestem Material, bevorzugt mit wärmespeichernden Eigenschaften, ist bei dem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 nach den 1 bis 4 aus Steinen aus Schamotte, Beton, Keramik, Ton oder Speckstein bzw. einer Kombination hieraus gebildet. Die einzelnen Steine weisen eine Dicke von etwa 3 cm auf, um die in dem Brennraum 12 erzeugte Wärme in dem Brennraum 12 zunächst gleichmäßig zu verteilen, sodann aufzunehmen und zu speichern und schließlich über deren Außenseite an den zu beheizenden Raum abzugeben.
Anstelle der Bauweise des Mantels 14 aus einzelnen Steinen ist es jedoch ebenso denkbar, den Mantel 14 zum Beispiel aus Mörtel aus Schamotte, gemischt mit Wasserglas, auszubilden, wodurch sich ein weitgehend einteiliger Mantel 14 erhalten lässt.
Bei der in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform der Vorrichtung 10 ist im Bereich des Bodens des Brennraumes 12 eine Platte 16 oder dergleichen vorgesehen, die sich im Wesentlichen horizontal erstreckt. Bei der Platte 16 handelt es sich um eine Art Abdeckplatte, beispielsweise um ein ringförmiges Blech aus nicht-rostendem Stahl, wie aus Nirosta. Die Platte 16, welche nachfolgend noch näher beschrieben wird, trennt den eigentlichen Brennraum 12 im Bereich des Bodens des Brennraumes 12 von einem darunterliegenden Raum 18 ab.
Des Weiteren ist der den Brennraum 12 begrenzende Mantel 14 aus feuerfestem Material mit einer Außenverkleidung 20 versehen. Die Außenverkleidung 20 umfasst wenigstens teilweise Platten aus Stein, insbesondere Naturstein, wie Marmor, Granit oder Speckstein, bzw. Kunststein, Keramik, feuerfestem Glas oder Metall, insbesondere Gussstahl, Baustahl, Edelstahl, Aluminium oder einer Legierung davon, bzw. einer Kombination daraus. Die Außenverkleidung 20 kann mithin individuell an Wünsche und/oder Bedürfnisse von Kunden angepasst werden. Somit lässt sich das Aussehen und äußere Erscheinungsbild der Vorrichtung 10 ebenso vielfach wie unterschiedlich gestalten.
In bevorzugter Weise ist die weitgehend sichtbare Außenverkleidung 20 aus solchen Platten ausgebildet. Es handelt sich bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel um die Vorderseite 22 und die beiden Seitenflächen 24, 26 der Vorrichtung 10.
Wie insbesondere aus der 2 entnehmbar ist, kann die Außenverkleidung 20 optional zudem wenigstens teilweise wärmeisolierend ausgebildet sein. Insbesondere ist die Außenverkleidung 20 bei dem in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel an der Rückseite 28 der Vorrichtung 10 aus Wärmedämmmaterial 30 aufgebaut. Einem Wärmeaustausch über die Rückseite 28 der Vorrichtung 10 ist damit entgegengewirkt. Das Wärmedämmmaterial 30 ist mit einer Rückwand 32 aus zum Beispiel verzinktem Blech abgedeckt. Die Rückwand 32 dient einerseits der Halterung des Wärmedämmmaterials 30 und andererseits der Vermeidung von mechanischen Beschädigungen des Wärmedämmmaterials 30 durch äußere Einwirkung.
Alternativ dazu kann auch der rückseitige, den Brennraum 12 begrenzende Mantel 14 aus Thermoschamotte oder dergleichen, beispielsweise in Form von Platten, ausgebildet sein.
Ohne im Einzelnen dargestellt zu sein, ist es jedoch ebenso denkbar, die Außenverkleidung 20 insgesamt aus Platten aus Stein, insbesondere Granit, Keramik oder Metall, vorzugsweise Gussstahl, Baustahl, Aluminium oder einer Legierung davon, bzw. einer Kombination daraus, d.h. ohne eine solche zusätzliche Wärmeisolierung, auszubilden.
Entsprechend den 5 bis 7 ist der den Brennraum 12 begren zende Mantel 14 aus feuerfestem Material von einem Rahmengestell 34 aufgenommen und abgestützt. So sind die einzelnen Steine aus Schamotte in das Rahmengestell 34 eingesetzt, geklammert und anschließend mit Schamotte abgedichtet. Die einzelnen Platten der Außenverkleidung 20 sind zuvor eingesetzt und anschließend ebenfalls von dem Rahmengestell 34 gehalten.
Durch das Rahmengestell 34 erhält die Vorrichtung 10 nach der Erfindung eine hohe Aussteifung. Eine solche Bauweise bringt den zusätzlichen Vorteil mit sich, dass die Vorrichtung 10 insgesamt ausgesprochen einfach transportiert werden kann.
Das Rahmengestell 34 umfasst dabei ein Bodenelement 36, vier Längsträgerelemente 38 und ein Kopfelement 40. Die Längsträgerelemente 38 sind winkelförmig, d.h. bei der dargestellten Ausführungsform rechtwinkelförmig, ausgestaltet und jeweils eckseitig mit dem Bodenelement 36, beispielsweise durch Verschraubung oder Verschweißung, verbunden. Das Kopfelement 40 ist im Wesentlichen an die Grundfläche des Bodenelementes 36 angepasst und umlaufend ausgestaltet. Das Kopfelement 40 ist wiederum mit den Längsträgerelementen 38 verbunden. Wie in der 7 gezeigt ist, sind zu diesem Zweck Haltebleche 42 jeweils an den Längsträgerelementen 38 angeschweißt, auf welchen das Kopfelement 40 zur Anlage kommt und mittels Schrauben 44 lösbar gesichert ist. Die obere Außenverkleidung 20 in Form einer Abdeckplatte oder dergleichen ist schließlich auf das Kopfelement 40 aufgelegt und gegebenenfalls fixiert bzw. gegen Verschiebung gesichert. Dies kann beispielsweise mittels Verklebung durch Mörtel aus Schamotte etc. erfolgen.
Das Rahmengestell 34 ist vorzugsweise aus Stahl, insbesondere aus nicht-rostendem Stahl, wie aus Nirosta, gebildet, um gegen sich in dem Brennraum 12 ausbildendes Kondenswasser etc. unempfindlich zu sein.
Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 10 nach der Erfindung, wie in den 1 bis 4 gezeigt ist, eine Brenneinrichtung 46.
Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist die Brenneinrichtung 46 als Gasstrahlungsbrenner 48 ausgebildet.
Dem Gasstrahlungsbrenner 48 ist ein Brennermedium 50 mit einer homogenen, permeablen bzw. perforierten Mattenstruktur oder dergleichen zugeordnet. Das Brennermedium 50 ist aus Keramik ausgebildet. In bevorzugter Weise ist das Brennermedium 50 aus Keramikfasern ausgestaltet. Die Keramikfasern sind vorzugsweise mit Siliziumkarbid beschichtet und miteinander verschweißt. Das Brennermedium 50 ist ausgesprochen leistungsfähig und bildet eine stabile, selbstragende Mattenstruktur. Bereits Sekunden nach der Zündung ist die vollständige Strahlung, d.h. eine Infrarot-Strahlung, erreicht. Nach dem Ausschalten des Gasstrahlungsbrenners 48 ist die Strahlung beendet. Die Oberfläche des Brennermediums 50 erkaltet sofort.
Wie deutlich aus den 8A bis 8D hervorgeht, weist der Gasstrahlungsbrenner 48 ein Gehäuse 52 auf, an dessen Oberseite das Brennermedium 50 angeordnet ist, und zwar dem Brennraum 12 zugewandt.
Der Gasstrahlungsbrenner 48 ist über eine erste Zuleitung 54 mit Gas und eine zweite Zuleitung 56 mit Luft versorgbar.
Die erste Zuleitung 54 ist zu diesem Zweck beispielsweise mit einer nicht dargestellten Gasflasche verbunden. Ebenso kann die erste Zuleitung 54 mit einer fest installierten Gasleitung kommunizieren. Als Gas lässt sich jede derzeit auf dem Markt erhältliche Gassorte verwenden. Insoweit sind gleichermaßen Erdgas und Propangas, wie zum Beispiel Erdgas Nord, Erdgas Süd oder Propangas mit unterschiedlichem Druck etc., zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 geeignet.
Wie aus den 1 bis 4 hervorgeht, führt die zweite Zuleitung 56 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 von der Außenseite durch eine Wand 58 des zu beheizen den Raumes bzw. des zugehörigen Gebäudes in die Vorrichtung 10, um ausreichend Luft und damit Sauerstoff zuzuführen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die zweite Zuleitung 56 über die Rückseite 28 der Vorrichtung 10 geführt und mündet in einen Zuluftkanal 60 ein. Ebenso ist es jedoch auch denkbar, die zweite Zuleitung 56 unmittelbar aus dem Bodenelement 36 ausmünden zu lassen (nicht dargestellt).
In alternativer Ausgestaltung dazu kann die zweite Zuleitung 56 zur Zuführung der Luft mit dem zu beheizenden Raum direkt kommunizieren. In diesem Fall stellt die zweite Zuleitung 56 eine Verbindung zwischen dem unter dem Brennraum 12 liegenden Raum 18 und dem zu beheizenden Raum dar (nicht gezeigt).
Entsprechend der 1 erstreckt sich die Platte 16 im Bereich des Bodens des Brennraumes 12 im Wesentlichen horizontal und in einer von dem Brennermedium 50 aufgespannten oder dazu parallelen Ebene. Die Platte 16 ist zur Bildung des Raumes 18 vorgesehen ist. Der Raum 18, in welchem zugleich die erste Zuleitung 54 für das Gas untergebracht ist, kommuniziert einerseits unter Zwischenordnung mit dem Zuluftkanal 60 mit der zweiten Zuleitung 56 zur Zuführung der Luft und andererseits mit einer Einrichtung 62 zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses. Die Einrichtung 62 zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses des zu verbrennenden Gas-/Luftgemisches in Abhängigkeit der zu erzeugenden Wärme mündet dabei in das Gehäuse 52 des Gasstrahlungsbrenners 48 ein.
Insbesondere basiert die Einrichtung 62 zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses des zu verbrennenden Gas-/Luftgemisches auf dem Prinzip einer Wasserstrahlpumpe. Insoweit reißt das dem Gasstrahlungsbrenner 48 über die erste Zuleitung 54 zugeführte Gas die dem Gasstrahlungsbrenner 48 über die zweite Zuleitung 56, den Zuluftkanal 60 und den Raum 18 zugeführte Luft automatisch mit. Bei Erhöhung oder Verringerung der Gaszufuhr wird daher automatisch die entsprechend be nötigte Menge an Luft in Abstimmung mit den Charakteristiken des Gasstrahlungsbrenners 48 angesaugt. Das Gas-/Luftgemisch wird daher für die jeweils benötigte Heizleistung in entsprechendem Gas-/Luftverhältnis dem Gasstrahlungsbrenner 48 zugeführt und von diesem verbrannt. Zur Steigerung der gewünschten Heizleistung wird mehr Gas über die erste Zuleitung 54 zugeführt, das automatisch mehr Luft über die zweite Zuleitung 56 ansaugt, und umgekehrt. Auf diese Weise lässt sich eine ideale Verbrennung erhalten. Bei dem Gasstrahlungsbrenner 48 handelt es sich quasi um einen Injektorbrenner. Der Gasstrahlungsbrenner 48 besitzt dabei vorzugsweise einen Lambda-Wert von 1,2, saugt also ein Gemisch aus Gas und Luft von insgesamt etwa 120 % an. Der Druck des Gases liegt in einem Bereich von etwa 10 bis 60 mbar. Insbesondere beträgt der Gasdruck 18 mbar für Erdgas, 30 mbar für Propangas international oder 50 mbar für Propangase EU europaweit, je nach Sorte des verwendeten Gases.
Der Brennraum 12 ist gegenüber dem der Brenneinrichtung 46 zugeführten und zu verbrennenden Gas-/Luftgemisch abgeschlossen, d.h. quasi isoliert. Zugleich ist die Brenneinrichtung 46 als Gasstrahlungsbrenner 48 ausgestaltet. Der Gasstrahlungsbrenner 48 ist dabei vollvorgemischt. Auf diese Weise kann der Flamme des Gasstrahlungsbrenners 48 idealerweise keine, zumindest nur unmerklich Luft und damit Sauerstoff aus dem Brennraum 12 zugeführt werden. Eine Erhöhung der Flammentemperatur und des in dem Brennraum 12 vorherrschenden Temperaturprofils ist somit ausgeschlossen. Die Abluft bzw. das Abgas kann daher mit einer wesentlich niedrigeren Temperatur aus dem Brennraum 12 ausgebracht werden. Zugleich lässt sich in dem Brennraum 12 insgesamt eine ausgesprochen gleichmäßige Wärmeverteilung erhalten. So kann sich beim Betrieb der Vorrichtung 10 ein weitgehend gleichmäßiges Wärmeprofil von etwa 100 °C bis zu 150 °C in dem oberen Teil des Brennraumes 12 ausbilden, während das Abgas selbst eine Temperatur von etwa 30 °C bis maximal ungefähr 50 °C aufweist. Die Temperatur direkt an der Oberfläche des Brennmediums beträgt etwa 900 °C. Nicht zuletzt aufgrund dessen ist in dem Brennraum 12 eine nur sehr geringe Strömung zu verzeichnen, wodurch die Wärmeübertragung noch zusätzlich begünstigt ist. Der Wirkungsgrad und/oder Nutzwirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist folglich gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen wesentlich verbessert.
Dem Gasstrahlungsbrenner 48 ist weiterhin eine Zündelektrode 64 zum Entzünden des Gas-/Luftgemisches zugeordnet. Die Zündelektrode 64 ist über eine Leitung 66 mit einem Transformator 68 verbunden, der wiederum über eine Steuereinheit 70 und einen (Ein/Aus-)Schalter 72 betätigbar ist. Transformator 68 und Steuereinheit 70 sind ebenfalls in dem Raum 18 untergebracht.
Schließlich ist der Zündelektrode 64 noch ein Thermoelement 74 oder dergleichen Sensor zugeordnet, das mit wenigstens einem Ventil 76, insbesondere einem Magnetventil, zusammenwirkt. Bei der in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform der Vorrichtung 10 sind zwei solcher Ventile 76 in dem Raum 18 vorgesehen. Die Ventile 76 sind in der ersten Zuleitung 54 zur Zuführung des Gases angeordnet und dienen zum Öffnen und Schließen der ersten Zuleitung 54 in Abhängigkeit des jeweiligen Bedarfs an Gas.
In der 9 ist schematisch ein Blockschaltbild zusammen mit dem Transformator 68, der Steuereinheit 70 und dem (Ein/Aus-) Schalter 72 gezeigt, um die Zündelektrode 64 und die beiden Ventile 76 aufeinander abgestimmt zu betätigen. Zusätzlich ist in den Schaltkreis noch ein Temperatursensor 78 oder Thermostat zur Ermittlung der aktuellen Raumtemperatur und/oder eine Zeitschaltuhr 80 zur Einstellung der Heiz-/Ruheintervalle der Vorrichtung 10 integriert.
Die Betriebsweise des erfindungsgemäßen Gasstrahlungsbrenner 48 wird im Folgenden kurz beschrieben:
Die erste Zuleitung 54 zur Zuführung von Gas zum Gasstrahlungsbrenner 48 ist durch die Ventile 76 zunächst unterbrochen. Mittels (Ein/Aus-)Schalter 72 werden die Ventile 76 be tätigt und die erste Zuleitung 54 freigegeben, so dass Gas in den Gasstrahlungsbrenner 48 über eine Düse 82 einströmen kann. Die Düse 82 ist in der Einrichtung 62 integriert. Mittels Einrichtung 62 zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses der Brenneinrichtung 46 reißt das eingeführte Gas über die zweite Zuleitung 56 zugeführte bzw. im Raum 18 vorhandene Luft mit. Das Gas-/Luftgemisch gelangt vollständig vorgemischt in das Gehäuse 52, strömt sodann unter das Brennermedium 50 und anschließend durch die Vielzahl von Öffnungen und Durchlässen des Brennermediums 50. An der Oberseite des Brennermediums 50 wird das Gas-/Luftgemisch dem Brennraum 12 zugewandt bei Betätigung des (Ein/Aus-)Schalters 72 über die Zündelektrode 64 entzündet. Das Gas-/Luftgemisch wird gleichmäßig verbrannt. Die Temperatur der Brenneinrichtung 46 wird von dem Thermoelement 74 ständig gemessen. In Abhängigkeit der gemessenen Temperatur steuert bzw. regelt das Thermoelement 74 sodann die Ventile 76, um der Brenneinrichtung 46 die erforderliche Menge an Gas über die erste Zuleitung 54 zuzuführen. Bei Erlöschen der Flamme wird die erste Zuleitung 54 daher zeitnah durch die Ventile 76 abgesperrt.
Darüber hinaus umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 eine Abluftleitung 84. Wie insbesondere aus den 1 und 4 hervorgeht, ist die Abluftleitung 84 im unteren Bereich 86, d.h. nahe dem Bodenelement 36, angeordnet. Die Abluftleitung 84 ist weiterhin im rückseitigen Bereich 88 des Brennraumes 12 und bevorzugt an dessen Rückseite 28 angeordnet. Die durch den Gasstrahlungsbrenner 48 erzeugte Wärme wird zunächst im Brennraum 12 gestaut, wodurch sich eine gleichmäßige Wärmeverteilung ergibt. Die Wärme wird sodann an den Mantel 14 des Brennraumes 12 abgegeben und über diesen und die Außenverkleidung 20 an bzw. in den zu beheizenden Raum weiter- bzw. eingeleitet. Somit wird allenfalls ein nur mehr sehr geringer Anteil an Restwärme über die Abluftleitung 84 nach außen abgeführt bzw. ausgeleitet. Nicht zuletzt aufgrund dessen lässt sich mit der Vorrichtung 10 nach der Erfindung ein Wirkungsgrad von etwa 97 % und ein Nutzwirkungsgrad von ungefähr 99 %, d.h, einen um mehr als die Hälfte höherer Wirkungsgrad und/oder Nutzwirkungsgrad als bei einem herkömmlichen Kachelofen, erhalten.
Zugleich ist gewährleistet, dass die durch die Abluftleitung 84 auszuleitenden Abgase eine Temperatur von etwa 30°C bis maximal etwa 50 °C, d.h. eine etwa um die Hälfte geringere Temperatur als ein herkömmlicher Kachelofen, besitzen. Zugleich ist eine solche Temperatur noch ausreichend hoch, um die Entstehung von Kondenswasser in der Abluftleitung 84 zuverlässig zu unterbinden.
Entsprechend den 1 und 4 ist die Abluftleitung 84 in geringfügigem Abstand zum Boden des Brennraumes 12 angeordnet. In der Praxis hat sich in diesem Zusammenhang als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass die Abluftleitung 84 in vertikaler Richtung in einem Abstand H von etwa 150 mm bis ungefähr 350 mm, insbesondere etwa 240 mm, oberhalb der von der Oberfläche des Brennermediums 50 aufgespannten Ebene angeordnet ist.
Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die durch die Abluftleitung 84 abgeführte Abluft bzw. das Abgas nach Wärmeabgabe nurmehr noch eine Temperatur von etwa 30 °C bis maximal ungefähr 50 °C besitzt. Zudem wird die Verbrennung an dem Brennermedium 50 somit durch die Abluft bzw. das Abgas nicht beeinflusst.
Zugleich kann sich unter Umständen im Brennraum 12 unvorhergesehenermaßen ausbildendes Kondenswasser zurückgehalten werden, ohne dass dieses mit dem auszuleitenden Abgas durch die Abluftleitung 84 austreten kann. Das so gebildete Kondenswasser wird vielmehr unterhalb der Abluftleitung 84 in einem Kondenswassersammelgefäß 90 gesammelt und beim nächsten Heizvorgang herausgedrückt. Alternativ dazu kann, wie bei der Ausführungsform der in den 1 bis 4 gezeigten Vorrichtung 10, ein Ventil 91 zum Entleeren von Kondenswasser vorgesehen sein.
Wie in den 1 bis 3 ersichtlich ist, ist in der Abluftleitung 84 unmittelbar an der Rückseite 28 der Vorrichtung 10 weiterhin eine Einrichtung 92 zur Erhöhung des in der Abluftleitung 84 herrschenden Unterdruckes angeordnet. Entsprechend den 10A und 10B umfasst die Einrichtung 92 ein Gehäuse 94 mit einer Öffnung 96. Das Gehäuse 94 ist im Querschnitt etwa U-förmig ausgestaltet und mit zwei seitlich abstehenden Laschen 98 versehen, die rückseitig an der Vorrichtung 10 anbringbar sind. Zusätzlich ist das Gehäuse 94 mit einer kreisförmigen Bohrung 100 versehen, welche die Abluftleitung 84, die in dem Bereich des Gehäuses 94 ebenfalls eine Öffnung aufweist (nicht dargestellt), aufnimmt. Über die Öffnung 96 des Gehäuses 94 ist die Zuluft aus dem zu beheizenden Raum in die Abluftleitung 84 einführbar bzw. einsaugbar.
Schließlich sind die zweite Zuleitung 56 und die Abluftleitung 84 endseitig, d.h. außerhalb der Wand 58 des zu beheizenden Raumes, mit einem Windschutz 102 oder dergleichen versehen. Der Windschutz 102 kann beispielsweise Umlenkbleche (nicht gezeigt) umfassen, derart, dass in der zweiten Zuleitung 56, dem Zuluftkanal 60 und dem abgetrennten Raum 18 jegliche Strömung ausgeschlossen ist. In dem Raum 18 ist es somit absolut windstill. Der Raum 18 ist gegenüber dem Außendruck unempfindlich. In den Raum 18 herrscht atmosphärischer Druck, d.h. kein Windüber- bzw. -unterdruck.
Entsprechend den 1 und 4 ist der Brennraum 12 über eine Öffnung 104 oder dergleichen wenigstens teilweise von außen zugänglich. Insbesondere zu Wartungs-, Reparatur- oder Revisionszwecken kann ein Zugang zum Brennraum 12 bzw. dem in dem Brennraum 12 angeordneten Gasstrahlungsbrenner 48 erforderlich sein. Die Öffnung 104 ist dabei über eine, insbesondere durchsichtige, Verschließeinrichtung 106, beispielsweise in Form eines Fensters bzw. einer Tür, abdichtend verschließbar.
In den 11 bis 13 ist eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung 10 dargestellt.
Zwar ist die Brenneinrichtung 46 wiederum als Gasströmungsbrenner 48 ausgebildet. Dem Gasströmungsbrenner 48 ist allerdings anstelle einer Zündelektrode 64 eine Piezo-Zündeinrichtung 108 zum Entzünden des Gas-/Luftgemisches zugeordnet. Die Piezo-Zündeinrichtung 108 ist über eine Leitung 110 mit einem Zündknopf 112 verbunden.
Des Weiteren ist der Gasströmungsbrenner 48 noch mit einem Thermoelement 114 ausgestattet, das mit einem Ventil 76, insbesondere einem Magnetventil, zusammenwirkt. Das Ventil 76 ist in der ersten Zuleitung 54 zur Zuführung des Gases angeordnet und dient zum Öffnen und Schließen der ersten Zuleitung 54 in Abhängigkeit des jeweiligen Bedarfs an Gas.
Die erste Zuleitung 54 zur Zuführung von Gas zum Gasströmungsbrenner 48 ist durch das Ventil 76 zunächst unterbrochen. Mittels Regler 116, welcher das Ventil 76 betätigt, wird die erste Zuleitung 54 freigegeben, so dass Gas in den Gasströmungsbrenner 48 einströmen kann. In Abhängigkeit der gemessenen Temperatur steuert bzw. regelt das Thermoelement 114 sodann das Ventil 76, um dem Gasströmungsbrenner 48 die erforderliche Menge an Gas über die erste Zuleitung 54 zuzuführen. Bei Erlöschen der Flamme wird die erste Zuleitung 54 daher zeitnah durch das Ventil 76 abgesperrt.
Unterschiedlich bei der Ausführungsform der Vorrichtung 10 gemäß den 11 bis 14 zu derjenigen nach den 1 bis 4 ist darüber hinaus die Anordnung eines Abluftkanals 118. Dabei kommuniziert die Abluftleitung 84 mit dem Brennraum 12 über eine im oberen Bereich 120 des Brennraumes 12 angeordnete Öffnung 122 des sich in dem Brennraum 12 erstreckenden Abluftkanals 118. Der Abluftkanal 118 weist eine Länge auf, die gleich oder größer ist als die halbe Höhe des Brennraumes 12. Vorzugsweise entspricht die Länge des Abluftkanals 118 etwa 3/4 bis ungefähr 9/10 der Höhe des Brennraumes 12. Der Abluftkanal 118 ist zweckmäßigerweise durch einen Teil des Brennraumes 12, insbesondere von dessen Rückseite 28, gebildet. Der Abluftkanal 86 ist mithin im Querschnitt etwa U-förmig ausgestaltet und mit zwei seitlich abstehenden Laschen versehen, welche an dem Mantel 14 aus feuerfestem Material befestigt sind. Der Abluftkanal 118 besteht ebenfalls aus nicht-rostendem Stahl, insbesondere aus Nirosta, um jegliche Rostbildung im Brennraum 12 auszuschließen. Im Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 hat sich in strömungstechnischer Hinsicht als besonders vorteilhaft erwiesen, dass der Abluftkanal 118 eine Querschnittsfläche aufweist, die im Verhältnis zur Querschnittsfläche der Abluftleitung 84 zwischen etwa 5:2 bis 2:1 liegt.
Beispiel
In der Praxis hat sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 auf überraschend einfache Weise als besonders vorteilhaft erwiesen. Die Vorrichtung 10 nach der Erfindung kann beispielsweise folgende Abmessungen und Charakteristika aufweisen:
Die Außenabmessungen der Vorrichtung 10 betragen etwa 1000 mm × 740 mm × 740 mm. Der Mantel 14 besteht aus einem 34 mm dikken feuerfesten Material, beispielsweise aus Schamotte, und einer 10 mm dicken Außenverkleidung 20. Die Längsträgerelemente 38 des Rahmengestells 30 besitzen eine Dicke von 1,5 mm. Die Brenneinrichtung 46 ist mit einer Brennerleistung von etwa 1,0 kW bis ungefähr 3,5 kW, insbesondere von etwa 1,5 kW bis 2 kW, ausgestattet. Die erste Zuleitung 54 zur Zuführung des Gases weist einen Durchmesser von 8 mm auf, kann aber auch in einem Bereich von etwa 4 bis 12 mm variieren. Die zweite Zuleitung 56 zur Zuführung der Luft weist einen Durchmesser von 34 mm auf, kann aber ebenso in einem Bereich etwa zwischen 20 und 40 mm variieren. Die Abluftleitung 84 weist einen Durchmesser von 50 mm auf.
Der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 beträgt etwa 97 %, der Nutzwirkungsgrad (aufgrund des Wärmespeichers) ungefähr 99 %. Die Temperatur im Brennraum 12 beträgt dabei über ein gleichmäßig verteiltes Wärmeprofil etwa 100 bis ungefähr 150 °C. Die Temperatur des durch die Abluftleitung 84 auszuleitenden Abgases beträgt etwa 30 °C bis 50 °C, vorzugsweise 35 °C bis 40 °C. Der CO₂-Ausstoß liegt bei etwa 4,7 %.
Als ausgesprochen wirtschaftlich hat sich dabei ein Betrieb der Brenneinrichtung 46 mit bzw. bei einer Heizleistung zwischen ungefähr 1,5 kW bis etwa 2 kW einschließlich erwiesen. Bei einer Heizdauer von nahezu 12 Stunden erfolgt eine Wärmeabgabe infolge der Speicherung der Wärme durch die Vorrichtung 10 nach der Erfindung um weitere 6 Stunden.
Im Ergebnis handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 um einen Stauwärme-Gasspeicherofen, der einfach, kompakt und zuverlässig ausgestaltet ist und infolge eines speziell konstruierten Abgassystems dafür sorgt, dass die Wärme in der Vorrichtung 10 verbleibt und nicht durch den Kamin bzw. Schornstein, wie bei einem herkömmlichen Kachelofen, herausgeführt wird. Der Wirkungsgrad und/oder Nutzwirkungsgrad der Vorrichtung 10 nach der Erfindung ist ausgesprochen hoch. Damit einhergehend sind die Betriebskosten der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 gering. Nicht zuletzt aufgrund der spezifischen Bau- und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 lassen sich in vorteilhafter Weise Eigenschaften eines herkömmlichen Kachelofens bezüglich der Abstrahlungswärme mit denjenigen einer sogenannten Außenwandtherme kombinieren. So ist bei der Vorrichtung 10 nach der Erfindung wegen der kleinen Abmessungen der Abluftleitung 78 kein gesonderter Kamin notwendig. Die Vorrichtung 10 kann vielmehr ohne großen Aufwand durch eine Wand des zu beheizenden Raumes, wie eine derartige Außenwandtherme, nach außen hindurch geführt werden. Schließlich ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 aufgrund des vorgesehenen Rahmengestells 30 jederzeit und beliebig transportfähig.

Claims

Vorrichtung zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme an einen zu beheizenden Raum, umfassend einen von einem Mantel (14) aus feuerfestem Material umgebenen und begrenzten Brennraum (12), eine in dem Brennraum (12) angeordnete, mit einem Gas-/Luftgemisch versorgbare Brenneinrichtung (46) und eine im unteren Bereich (80) des Brennraumes (12) angeordnete Abluftleitung (84), wobei der Brennraum (12) gegenüber dem der Brenneinrichtung (46) zugeführten und zu verbrennenden Gas-/Luftgemisch abgeschlossen ist und wobei die Brenneinrichtung (46) als vollvorgemischter Gasstrahlungsbrenner (48) mit einem Brennermedium (50) aus einer homogenen, permeablen Mattenstruktur oder dergleichen ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gasstrahlungsbrenner (48) eine Einrichtung (62) zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses des zu verbrennenden Gas-/Luftgemisches zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (62) zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses des zu verbrennenden Gas-/Luftgemisches auf dem Prinzip einer Wasserstrahlpumpe basiert, derart, dass das dem Gasstrahlungsbrenner (48) über eine erste Zuleitung (54) zugeführte Gas die dem Gasstrahlungsbrenner (48) über eine zweite Zuleitung (56) zugeführte Luft mitreißt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrahlungsbrenner (48) ein Gehäuse (52) aufweist, an dessen Oberseite das Brennermedium (50) dem Brennraum (12) zugewandt angeordnet ist und in das die Einrichtung (62) zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses des zu verbrennenden Gas-/Luftgemisches einmündet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine im Wesentlichen horizontal und sich in oder parallel zu einer von dem Brennermedium aufgespannten Ebene erstreckende Platte (16) oder dergleichen im Bereich des Bodens des Brennraumes (12) zur Bildung eines Raumes (18) vorgesehen ist, über welchen die zweite Zuleitung (56) zur Zuführung der Luft und die Einrichtung (62) zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses kommunizieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennermedium (50) aus Keramik, insbesondere aus Keramikfasern, ausgebildet ist, die vorzugsweise mit Siliziumkarbid beschichtet und miteinander verschweißt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der den Brennraum (12) begrenzende Mantel (14) aus feuerfestem Material aus Steinen aus Schamotte, Beton, Keramik, Ton oder Speckstein gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der den Brennraum (12) begrenzende Mantel (14) aus feuerfestem Material mit einer Außenverkleidung (20) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverkleidung (20) wenigstens teilweise aus Stein, insbesondere Naturstein, vorzugsweise Marmor, Granit oder Speckstein, bzw. Kunststein, Keramik, feuerfestem Glas oder Metall, insbesondere Gussstahl, Baustahl, Aluminium oder einer Legierung davon, bzw. einer Kombination daraus ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverkleidung (20) aus Platten aus Stein, ins besondere Naturstein, vorzugsweise Marmor, Granit oder Speckstein, bzw. Kunststein, Keramik, feuerfestem Glas oder Metall, insbesondere Gussstahl, Baustahl, Aluminium oder einer Legierung davon, bzw. einer Kombination daraus ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der den Brennraum (12) begrenzende Mantel (14) aus feuerfestem Material und/oder die Außenverkleidung (20) wenigstens teilweise wärmeisolierend ausgebildet ist/sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der den Brennraum (12) begrenzende Mantel (14) und/oder die Außenverkleidung (20) rückseitig aus Wärmedämmmaterial (26), insbesondere aus Thermoschamotte, besteht/bestehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der den Brennraum (12) begrenzende Mantel (14) aus feuerfestem Material von einem Rahmengestell (34) aufgenommen und abgestützt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmengestell (34) ein Bodenelement (36), eckseitig mit dem Bodenelement (36) verbundene, winkelförmige Längsträgerelemente (38) und ein mit den Längsträgerelementen (38) verbundenes, im Wesentlichen an die Grundfläche des Bodenelementes (36) angepasstes und umlaufendes Kopfelement (40) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmengestell (34) aus Stahl, insbesondere nicht-rostendem Stahl, vorzugsweise aus Nirosta, gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zuleitung (54) zur Zuführung des Gases über wenigstens ein, insbesondere zwei, Ventil/e (76), vorzugsweise Magnetventil/e, öffen- und schließbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zuleitung (54) zur Zuführung des Gases über einen Temperatursensor (78) und/oder eine Zeitschaltuhr (80), der bzw. die in dem zu beheizenden Raum angeordnet ist/sind, betätigbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zuleitung (54) zur Zuführung des Gases einen Durchmesser etwa zwischen 4 bis 12 mm, insbesondere von 8 mm, aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zuleitung (56) zur Zuführung der Luft mit dem zu beheizenden Raum oder der Außenumgebung des zu beheizenden Raumes kommuniziert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zuleitung (56) zur Zuführung der Luft einen Durchmesser etwa zwischen 20 und 40 mm, insbesondere von 30 mm, aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gasstrahlungsbrenner (48) eine Zündelektrode (64), eine Piezo-Zündeinrichtung (108) oder dergleichen zum Entzünden des Gas-/Luftgemisches zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gasstrahlungsbrenner (48) ein Thermoelement (74) zugeordnet ist, das mit dem wenigstens einen in der ersten Zuleitung (54) zur Zuführung des Gases angeordneten Ventil (76) zum Öffnen und Schließen der ersten Zuleitung (54) zur Zuführung des Gases zusammenwirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement (74) der Zündelektrode (64) oder der Piezo-Zündeinrichtung (108) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftleitung (84) im rückseitigen Bereich (88) des Brennraumes (12), insbesondere an dessen Rückseite (28), angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Abluftleitung (84) eine Einrichtung (90) zur Entleerung von Kondenswasser zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abluftleitung (84) eine Einrichtung (92) zur Erhöhung des darin herrschenden Unterdruckes angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (92) zur Erhöhung des darin herrschenden Unterdruckes ein Gehäuse (94) mit einer Öffnung (96) umfasst, über welche Zuluft aus dem zu beheizenden Raum in die Abluftleitung (84) einführbar bzw. einsaugbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftleitung (84) in geringfügigem Abstand zum Boden des Brennraumes (12) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftleitung (84) in vertikaler Richtung etwa 150 mm bis ungefähr 350 mm, insbesondere etwa 240 mm, oberhalb der von der Oberfläche des Brennermediums (50) aufgespannten Ebene angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftleitung (84) mit der Außenum gebung des zu beheizenden Raumes kommuniziert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zuleitung (56) und die Abluftleitung (84) endseitig mit einem Windschutz (102) oder dergleichen versehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennraum (12) über eine Öffnung (104) oder dergleichen wenigstens teilweise von außen zugänglich ist, wobei die Öffnung (104) über eine, insbesondere durchsichtige, Verschließeinrichtung (106) oder dergleichen Fenster bzw. Tür abdichtend verschließbar ist.