DE202007016860U1

DE202007016860U1 - Feuerstätte

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Publication number: DE202007016860U1
Application number: DE202007016860U
Authority: DE
Original assignee: Tulikivi Oyj
Current assignee: Tulikivi Oyj
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2017-12-01
Also published as: FI20065768A0; AT10298U1; FI20065768L

Abstract

Feuerstätte, die einen inneren Teil (10) mit einem Feuerraum (9) und eine Mantelkonstruktion (14-18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in die Mantelkonstruktion (14-18) der Feuerstätte ein Phasenveränderungsmaterial (21, 22, 27-29) hineingelegt ist, das derart gewählt ist, dass seine Phasenveränderung in einem Temperaturbereich ist, der beim normalen Feuern der Feuerstätte erzielt wird, welches Phasenveränderungsmaterial angeordnet ist, die Wärmeenergie aus dem Feuerraum (9) beim Feuern der Feuerstätte aufzunehmen und zu speichern und die darin gebundene Wärmeenergie über die Mantelkonstruktion der Feuerstätte an die Umgebung der Feuerstätte beim Abkühlen der Feuerstätte abzugeben.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine Feuerstätte, die einen inneren Teil mit einem Feuerraum und eine Mantelkonstruktion aufweist.
Ein wesentliches Merkmal einer Feuerstätte besteht darin, Wärme an ihre Umgebung (typisch an einen Wohnraum) abzugeben. Die Wärmeleistung, die die Feuerstätte an ihre Umgebung abgibt, hängt von der Größe (von der Fläche) des Mantels der Feuerstätte und von der Temperatur ihrer Oberfläche ab. Die Wärmeleistung einer chargenartig zu feuernden Feuerstätte variiert als Funktion der Zeit während einer Feuerungsperiode und nach dem Ende der Feuerungsperiode. In einer herkömmlichen Feuerstätte steigt die Temperatur der Oberfläche des Mantels am Anfang der Feuerung im Großen und Ganzen direkt proportional zu der für die Feuerung verwendeten Zeit. Nach dem Ende der Feuerung setzt die Temperatur der Mantelkonstruktion ihr Steigen fort, weil von dem heißen inneren Teil der Feuerstätte noch Wärme an die umgebende, relativ kalte Mantelkonstruktion übertragen wird. Nachdem der innere Teil die Oberflächentemperatur des Mantels bis zu ihrem Spitzenwert gesteigert hat, fängt die Oberflächentemperatur des Mantels an, mit der Zeit zu sinken.
Man wünscht von einer Feuerstätte im Allgemeinen eine möglichst gleichmäßige und langzeitige Wärmeabgabe. Eine derartige Wärmeabgabe wird dadurch erzielt, dass die Feuerstätte in kurzen Zeitabständen gefeuert wird, was mühsam und deshalb in der Praxis selten zu verwirklichen ist. Eine von der Feuerstätte gewünschte Eigenschaft ist daher, dass sie Wärme mit einer großen Leistung und möglichst lange "langsam" während des Feuerungszyklus, d. h. pro Feuerungsmal, abgibt. Eine große und massive Feuerstätte ist in dieser Hinsicht in der Regel besser als eine kleine und leichte Feuerstätte. Insbesondere bei einer kleinen Feuerstätte ist der Nachteil, dass man damit die Raumtemperatur wenigstens augenblicklich unangenehm hoch steigern muss, damit sie Wärme langfristig pro Feuerungsmal abgeben kann. Ein Nachteil einer großen Feuerstätte liegt natürlich darin, dass sie nicht gut für kleine Räume geeignet ist.
Aus der EP-Patentschrift 1467152 B1 ist eine Feuerstätte bekannt, in der in einem Raum zwischen einem inneren Teil und einem Mantel Wärmeregelungsmittel zum Regeln der Menge der von der Oberfläche des inneren Teils gegen die Oberfläche des Mantels übergehenden Strahlungswärme an geordnet sind. Dank der Wärmeregelungsmittel verändert sich die Fähigkeit der Feuerstätte, Wärme an ihre Umgebung abzugeben, nicht viel als Funktion der Zeit und die Abgabefähigkeit der Wärme bleibt lange pro Feuerungsmal bestehen. Um auf die erwähnte Weise zu funktionieren, setzt diese bekannte Feuerstätte das Regeln der Wärmeregelungsmittel während der Funktion der Feuerstätte voraus. Zum Erreichen einer gewünschten Wärmeabgabe setzt das Regeln der Wärmeregelungsmittel etwas Können und Gewohnheit voraus. Darüber hinaus muss die Feuerstätte ziemlich massiv und groß sein, falls eine langfristige Wärmeabgabe angestrebt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine handliche Feuerstätte zustande zu bringen, deren Fähigkeit, Wärme zu speichern, größer als die einer herkömmlichen Feuerstätte in einer entsprechenden Größe ist. Außerdem ist ihre Fähigkeit, Wärme von der Mantelkonstruktion an ihre Umgebung abzugeben, bedeutend gleichmäßiger und bleibt pro Feuerungsmal länger als in den bekannten von ihrem Gewicht und ihrer Größe her entsprechenden Feuerstätten bestehen. Die Aufgabe ist es, eine ziemlich gleichmäßige und langfristige Wärmeabgabe pro Feuerungsmal zu erreichen, obwohl die Feuerstätte eine kleine Größe hätte.
Diese Aufgabe wird mit der erfindungsgemäßen Feuerstätte gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass in die Mantelkonstruktion der Feuerstätte ein Phasenveränderungsmaterial hineingelegt ist, das derart gewählt ist, dass seine Phasenveränderung in einem Temperaturbereich ist, der beim normalen Feuern der Feuerstätte erzielt wird, welches Phasenveränderungsmaterial angeordnet ist, die Wärmeenergie aus dem Feuerraum beim Feuern der Feuerstätte aufzunehmen und zu speichern und die darin gebundene Wärmeenergie über die Mantelkonstruktion der Feuerstätte an die Umgebung der Feuerstätte beim Abkühlen der Feuerstätte abzugeben. Mit einer normalen Feuerung der Feuerstätte wird eine Feuerung gemeint, die wenigstens in ihren Hauptmerkmalen der Art entspricht, auf die man Feuerstätten zu feuern pflegt.
Das Phasenveränderungsmaterial funktioniert in der Feuerstätte so, dass es in einem ersten Aggregatzustand ist, wenn das Feuern der Feuerstätte begonnen wird, und in einen zweiten Aggregatzustand übertritt, wenn die Temperatur in der Feuerstätte ausreichend hoch steigt. Wenn das Phasenveränderungsmaterial von dem ersten Aggregatzustand in den zweiten Aggregatzustand, zum Beispiel von einem festen in einen flüssigen Aggregat zustand (geschmolzen), übertritt, nimmt es eine große Menge Wärmeenergie auf und speichert sie, ohne dass seine Temperatur steigt, wobei das Material bei der dafür spezifischen Phasenveränderungstemperatur oder in dem dafür spezifischen schmalen Phasenveränderungstemperaturbereich bleibt. Dank dessen, dass eine große Menge Energie an das Phasenveränderungsmaterial abbindet, steigt die Temperatur der Konstruktionen der Feuerstätte nicht in dem Mail wie dann, wenn kein Phasenveränderungsmaterial beim Feuern der Feuerstätte vorhanden wäre. Somit kann beim Feuern der Feuerstätte dieser mehr Energie zugeführt werden, ohne dass die Feuerstätte zu heiß wird. Die Größe der in das Phasenveränderungsmaterial gespeicherten Wärmemenge kann gerechnet werden, wenn die Phasenveränderungswärme (Einheit kJ/kg) des Phasenveränderungsmaterials mit der Masse (Einheit kg) des Phasenveränderungsmaterials multipliziert wird. Die Phasenveränderungswärme ist im Vergleich zur spezifischen Wärmekapazität (Einheit kJ/(kg·K)) des Materials groß, weshalb die Phasenveränderungswärmeenergie typisch viel größer als die Energie ist, die in das Phasenveränderungsmaterial infolge seiner Aufheizung gespeichert wird, also wenn die Temperatur des Phasenveränderungsmaterials steigt und der Aggregatzustand des Phasenveränderungsmaterials unveränderlich bleibt. Wenn man die Feuerstätte abkühlen lässt, sinkt die Temperatur des Phasenveränderungsmaterials, und sein Aggregatzustand verändert sich bei der Phasenveränderungstemperatur/im Phasenveränderungstemperaturbereich von dem zweiten Aggregatzustand zurück in den ersten Aggregatzustand und im Beispielfall von dem flüssigen Aggregatzustand in den festen Aggregatzustand. Wenn sich das Phasenveränderungsmaterial zurück in den festen Aggregatzustand verändert, gibt es an seine Umgebung eine Wärmeenergie ab, die ebenso groß wie die Wärmemenge ist, die darin gespeichert wurde, als es sich von dem festen Aggregatzustand in den flüssigen Aggregatzustand veränderte. Dank dessen, dass das Phasenveränderungsmaterial diese Energie zurück an die Mantelkonstruktion der Feuerstätte und davon weiter an die Umgebung der Feuerstätte abgibt, sinkt die Temperatur der Feuerstätte sehr wenig als Funktion der Zeit (die Feuerstätte kühlt langsamer als eine herkömmliche Feuerstätte ab), und die Feuerstätte kann somit beim Abkühlen viel und gleichmäßig Wärme an ihre Umgebung während des Feuerungszyklus abgeben. Wenn die Mantelkonstruktion der Feuerstätte aus einem Steinmaterial besteht, ist die Wärmeabgabe langfristig und kann "langsam" bezeichnet werden.
Wenn die Funktion des Phasenveränderungsmaterials umfangreicher betrachtet wird, wenn es von dem festen Aggregatzustand in den flüssigen Aggregatzustand und umgekehrt während des Feuerungszyklus der Feuerstätte übertritt, so kann festgestellt werden, dass das Phasenveränderungsmaterial zuerst Wärmeenergie aus dem Feuerraum der Feuerstätte im Temperaturbereich (ΔT1) aufnimmt, in dem das Phasenveränderungsmaterial im festen Aggregatzustand ist, wobei die Temperatur des Phasenveränderungsmaterials steigt und darin Wärmeenergie Q1 gespeichert wird. Nachdem die Temperatur des Phasenveränderungsmaterials bis zu seinem Schmelzpunkt gestiegen ist, nimmt das Phasenveränderungsmaterial von seiner Umgebung eine große Menge Energie Q2 auf, und der Aggregatzustand des Phasenveränderungsmaterials verändert sich von dem festen in den flüssigen, ohne dass die Temperatur des Phasenveränderungsmaterials steigt. Die Veränderung des Aggregatzustands setzt voraus, dass in das Phasenveränderungsmaterial die Wärmemenge Q2 gespeichert wird. Die Wärmemenge Q2 ist im Vergleich zur Wärmeenergie Q1 groß. Danach nimmt das flüssige Phasenveränderungsmaterial von seiner Umgebung immer mehr Energie auf, wobei seine Temperatur steigt (mit der Menge ΔT2). Die aufgenommene Energiemenge Q3 wird in das Phasenveränderungsmaterial gespeichert. Die Energiemenge Q3 ist im Vergleich zur Wärmemenge Q2 klein. Nach dem Ende der Feuerung der Feuerstätte enthält das Phasenveränderungsmaterial die Wärmeenergie Q1 + Q2 + Q3. Nach dem Ende der Feuerung beginnt die Temperatur des Mantels der Feuerstätte zu sinken. Wenn die Feuerstätte abkühlt, kühlt das flüssige Phasenveränderungsmaterial zuerst bis zum Erstarrungspunkt (Schmelzpunkt) ab, wobei es die Wärmemenge Q3 abgibt, wonach sich sein Aggregatzustand von der flüssigen in die feste Form bei der konstanten Temperatur verändert, wobei es die große Wärmemenge Q2 abgibt, wonach die Temperatur des festen Phasenveränderungsmaterials weiter sinkt, bis es eine Temperatur erreicht, die es hatte, bevor die Feuerung der Feuerstätte angefangen wurde, und es auch die Wärmemenge Q1, d. h. insgesamt die Wärmemenge Q1 + Q2 + Q3 während des ganzen Feuerungszyklus, abgegeben hat.
Mit der Mantelkonstruktion werden die äußerste Oberflächenkonstruktion der Feuerstätte sowie dazu der zwischen dem äußersten Oberflächenkonstruktion und der eigentlichen Rahmenkonstruktion der Feuerstätte bleibende Raum (also die erwähnte Oberflächenkonstruktion und/oder der er wähnte Raum, falls ein solcher Raum vorhanden ist) gemeint. In der Mantelkonstruktion sind die Temperaturen relativ niedrig, und die Phasenveränderungsmaterialien unterliegen somit nicht besonders großen Wärmebelastungen. Außerdem sind die Temperaturen an dieser Stelle der Feuerstätte nahe dem Schmelzpunkt mehrerer Phasenveränderungsmaterialien, welche Phasenveränderungsmaterialien als geeignet angesehen werden, um in Feuerstätten verwendet zu werden. Eine empfehlenswerte Stelle für das Anbringen des Phasenveränderungsmaterials ist eine Seitenwandkonstruktion der Mantelkonstruktion der Feuerstätte, weil das Anbringen daran technisch leicht ist und außerdem in der Seitenwandkonstruktion für eine große Masse und Fläche des Phasenveränderungsmaterials Raum gefunden wird, von welchem Material die Wärme leicht in die Umgebung der Feuerstätte übergehen kann.
Falls man das Phasenveränderungsmaterial an mehreren Stellen der Feuerstätte anbringen will, um eine große Leistung mit dem Phasenveränderungsmaterial zu erzielen, so können auch eine Rückwandkonstruktion und/oder eine Vorderwandkonstruktion der Feuerstätte und noch eine Deckenkonstruktion als Platz für das Phasenveränderungsmaterial genutzt werden.
Das Phasenveränderungsmaterial kann in einer plattenförmigen Form zum Beispiel in Verkleidungsplatten der Feuerstätte oder zwischen dem eigentlichen Rahmen und einem Verkleidungsmaterial gepackt sein. Insbesondere in kleinen Feuerstätten, wie in Kaminen, kann das Phasenveränderungsmaterial am besten als Verkleidung der Feuerstätte angeordnet werden.
Im Prinzip können sehr unterschiedliche Materialien als Phasenveränderungsmaterialien der Feuerstätte verwendet werden. Von diesen werden wenigstens bestimmte Paraffine und Salze als besonders geeignet angesehen. Ein Vorteil der Paraffine liegt darin, dass sie ungefährlich und chemisch unveränderlich sind. Ein umfangreicher Phasenveränderungsbereich, eine kleinere Phasenveränderungswärme, eine kleine Wärmeleitfähigkeit und eine größere Volumenänderung beschränken in gewisser Beziehung ihre Anwendungsmöglichkeiten. Ein Vorteil der Salze liegt darin, dass sie im Allgemeinen chemisch unveränderlich, billig und ungefährlich sind. Die Phasenveränderungseigenschaften einiger Salze werden schon nach einigen Schmelzkristallisationszyklen schwächer. Die Verwendung dieser Salze als Phasenveränderungsmaterial soll vermieden werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Feuerstätte sind in den beigefügten Schutzansprüchen 2-10 dargestellt.
Die größten Vorteile der erfindungsgemäßen Feuerstätte liegen darin, dass ihre Wärmeabgabe an einen Wohnraum gleichmäßig ist und die Wärmeeinwirkung lange pro Feuerungsmal dauert, wobei die Feuerstätte außerdem handlich ist. Dank der gleichmäßigeren Wärmeabgabe wird die Beherrschung der Temperatur der Innenluft besser. Die Fähigkeit der Feuerstätte, Wärme zu speichern, ist größer als die der herkömmlichen Feuerstätte, wodurch mit einer kleinen und/oder leichten Feuerstätte Wärmeabgabeeigenschaften bewirkt werden, die mit den Wärmeabgabeeigenschaften der herkömmlichen, bedeutend größeren Feuerstätte vergleichbar sind. Falls die erfindungsgemäße Feuerstätte groß hergestellt wird, werden die Wärmeabgabeeigenschaften sehr gleichmäßig und langfristig. Zum Erreichen der langfristigen Wärmeabgabe ist es nicht nötig, die Oberflächentemperaturen der äußeren Konstruktion der Feuerstätte hoch zu steigern, was die Verwendungssicherheit der Feuerstätte verbessert. Die erfindungsgemäße Feuerstätte ermöglicht das Vermindern des Brennbedarfs.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird jetzt mittels einer vorteilhaften Ausführungsform unter Hinweis auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, in der zeigen:
1 und 2 eine erfindungsgemäße Feuerstätte von vorn und von einer Seite,
3 einen Schnitt die Schnittlinie III-III der 2 entlang,
4 einen Schnitt die Schnittlinie IV-IV der 1 entlang und
5 eine von einer Feuerstätte abgegebene Wärmeleistung P als Funktion der Zeit in einer erfindungsgemäßen Feuerstätte und in einer üblichen Feuerstätte.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In 1 und 2 zeigt das Bezugszeichen 1 eine Vorderwand einer Feuerstätte, die Bezugszeichen 2 und 3 Seitenwände, das Bezugszeichen 4 eine Decke und das Bezugszeichen 5 eine Rückwand. Die Feuerstätte ist aus Topfsteinelementen gemauert, weil die Wärmespeicherungsfähigkeit von Topfstein gut ist. Alternativ kann die Feuerstätte aus einem anderen Wärme gut speichernden Material, wie aus Stein oder Ziegeln, gemauert sein. Der Rahmen der Feuerstätte kann aus einem Metall hergestellt sein, das mit irgendeinem passenden Material verkleidet ist. Eine Klappe eines Feuerraums zeigt das Bezugszeichen 6, eine Klappe eines Aschenbehälters das Bezugszeichen 7 und einen Abzug der Feuerstätte das Bezugszeichen 8.
In 3, die einen Schnitt die Schnittlinie III-III der 2 entlang zeigt, ist ein Feuerraum 9 einer Feuerstätte zu sehen, der von einer inneren Teil 10 der Feuerstätte umgeben ist. Der innere Teil ist von einem Mantelkonstruktion der Feuerstätte umgeben, die aus einer Seitenwandkonstruktion 15, 16, aus einer Vorderwandkonstruktion 17, aus einer Rückwandkonstruktion 18 und aus einer Deckenkonstruktion 14 besteht. Zwichen der Mantelkonstruktion und dem inneren Teil 10 befinden sich Rauchkanäle 19, 20. Wenn die Feuerstätte gefeuert wird, erwärmt sich eine Steinkonstruktion 11, 12, 13 des Feuerraums 9, und heiße Rauchgase steigen von dem Feuerraum aufwärts und erwärmen die Deckenkonstruktion 14 der Feuerstätte, wonach sich die heißen Rauchgase abwärts die Rauchkanäle 19, 20 entlang biegen und die Seitenwandkonstruktion 15, 16 der Feuerstätte erwärmen. Es handelt sich somit um eine Speicherfeuerstätte.
Die Bezugszeichen 21 und 22 zeigen ein an den Seitenwandkonstruktionen 15, 16 der Feuerstätte angeordnetes Phasenveränderungsmaterial. Das Phasenveränderungsmaterial 21, 22 ist in einem in der Seitenwandkonstruktion 15, 16 angeordneten Raum im Abstand von Seitenwänden 2, 3 und im Abstand von einer Innenfläche 23, 24 der Seitenwandkonstruktion 15, 16 angeordnet. An dieser Stelle der Seitenwandkonstruktion erwärmt sich die Feuerstätte typisch bis zur Temperatur 50-100 °C, wobei zum Phasenveränderungsmaterial 21, 22 ein Material gewählt wird, dessen Schmelzpunkt im erwähnten Bereich ist. Zum Phasenveränderungsmaterial kann zum Beispiel ein Paraffin gewählt werden, dessen Schmelzpunkt etwa 60 °C ist. Ein Beispiel für ein derartiges Paraffin ist das Produkt RUBITHERM^® RT 58 der Firma Rubitherm GmbH (www.rubitherm.com), dessen Schmelzpunkt 59 °C, Phasenveränderungswärme 181 kJ/kg, Wärmeleitfähigkeit 0,2 W/(m·K), spezifische Wärme etwa 2 kJ/(kg·K) und Dichte (bei der Temperatur 70 °C) 780 kg/m3 ist. Falls man ein Phasenveränderungsmaterial will, dessen Schmelzpunkt höher als dieser ist, kann man zum Beispiel das Paraffin RUBITHERM^® RT 80 wählen, dessen Schmelzpunkt 80 °C, Phasenveränderungswärme 175 kJ/kg, Wärmeleitfähigkeit 0,2 W/(m·K), spezifische Wärme etwa 2 kJ/(kg·K) und Dichte (bei der Temperatur 100 °C) 770 kg/m3 ist.
Das Phasenveränderungsmaterial 21, 22 erstreckt sich von dem unteren Ende des Feuerraums 9 der Feuerstätte bis zum oberen Ende des Feuerraums. Es ist denkbar, dass sich das Phasenveränderungsmaterial 21, 22 von dem Feuerraum 9 sogar bis zu einem Feuerdeckel 31 erstreckt.
Die Dicke des Phasenveränderungsmaterials 21, 22 beträgt 20-60 mm. Falls die Dicke groß ist, wird die Phasenveränderungszeit groß, und falls die Dicke klein ist, kann das Phasenveränderungsmaterial nicht besonders viel Wärmeenergie speichern. Je nach dem verwendeten Phasenveränderungsmaterial kann angenommen werden, dass seine Dicke typisch im Bereich 20-100 mm liegt.
Je näher dem inneren Teil 10 der Feuerstätte man ein Phasenveränderungsmaterial anordnen will, desto besser soll das Phasenveränderungsmaterial hohe Temperaturen aushalten. Der Schmelzpunkt des Materials RUBITHERM^® RT 100 ist 99 °C, die Phasenveränderungswärme 168 kJ/kg, die Wärmeleitfähigkeit 0,2 W/(m·K), die spezifische Wärme etwa 2 kJ/(kg K) und die Dichte (bei der Temperatur 100 °C) 770 kg/m3.
In einer gegen die Seitenwandkonstruktion 15, 16 der Rauchkanäle 19, 20 befindlichen Außenfläche beträgt die Temperatur 150-180 °C. An einer derartigen Stelle ist es denkbar, Salz als Phasenveränderungsmaterial zu verwenden, obwohl in der Feuerstätte der Figur an dieser Stelle kein Phasenveränderungsmaterial vorhanden ist. Zum Material kann zum Beispiel ein Salz gewählt werden, dessen Schmelztemperatur etwa 120 °C ist. Ein Beispiel für ein derartiges Salz ist das Produkt PlusICE^TM Type E117 der Firma EPS Ltd (www.epsltd.co.uk), dessen Schmelzpunkt 117 °C, Phasenveränderungswärme 169 kJ/kg, Wärmeleitfähigkeit 0,7 W/(m·K), spezifische Wärme etwa 2,6 kJ/(kg·K) und Dichte 1450 kg/m3 ist. Falls man weiß, dass die Temperatur in einem Gegenstand, in dem man ein Phasenveränderungsmaterial anordnen will, über 150 °C steigt, kann man das von EPS Ltd hergestellte Produkt PlusICE^TM Type A164 verwenden, dessen Schmelzpunkt 164 °C, Phasenveränderungsmaterial 306 kJ/kg und Dichte 1500 kg/m3 ist.
An einer Stelle der Deckenkonstruktion 14, an die sich im Großen und Ganzen die gleichen Temperaturen wie an die Stellen der Seitenwandkonstruktion 15, 16 bilden, an denen ein Phasenveränderungsmaterial vorhanden ist, ist ein gleiches Phasenveränderungsmaterial 27 wie in den Seitenwandkonstruktionen angeordnet. Falls das Phasenveränderungsmaterial an einer Stelle der Deckenkonstruktion 14 angebracht wird, an der die Temperaturen bedeutend größer als 50-100 °C, d. h. nahe dem Feuerdeckel 31, sind, wird zum Phasenveränderungsmaterial ein Material gewählt, dessen Beständigkeit, Schmelzpunkt und andere Eigenschaften für die erwähnte Steile geeignet sind. Mit dem Fachausdruck Deckenkonstruktion wird somit allgemein die Oberkonstruktion der Feuerstätte gemeint.
Aus 4 ist ersichtlich, dass auch in einer Vorder- und Rückwandkonstruktion 17 und entsprechend 18 einer Feuerstättenkonstruktion ein Phasenveränderungsmaterial 28, 29 angeordnet ist. An einer Innenfläche 30 der Rückwandkonstruktion 18 beträgt die Temperatur typisch etwa 200 °C, wobei zum Phasenveränderungsmaterial zum Beispiel das von EPS Ltd hergestellte Produkt PlusICE^TM Type A164 gewählt werden kann. Für die Vorderwandkonstruktion 17 der Feuerstätte kann eines von den oben erwähnten Paraffinen gewählt werden.
Die Wahl des geeignetesten Phasenveränderungsmaterials von den auf dem Markt befindlichen Phasenveränderungsmaterialien setzt Erwägen und auch Probieren voraus. Man kennt kein derartiges Material, das in allen Feuerstättentypen und Anwendungen auf die beste Weise funktioniert. Auf die Wahl des Phasenveränderungsmaterials wirken nicht nur der Temperaturbereich, den es aushalten soll und in dem es seinen Aggregatzustand verändern soll, sondern auch andere Faktoren, wie seine Phasenveränderungswärme, Wärmeleitfähigkeit, Dichte und sein Preis. Allgemein kann man jedoch sagen, dass von den Paraffinen besonders interessant diejenigen sind, deren Schmelztemperatur über 50 °C beträgt, und von den Salzen besonders interessant diejenigen sind, deren Schmelztemperatur 100-200 °C beträgt.
Eine interessante Alternative für Paraffine und Salze ist das Süßmittel Erythritol, dessen Schmelztemperatur 118 °C, Phasenveränderungstemperatur 340 kJ/kg, Wärmeleitfähigkeit 0,733 W/(m·K) ist.
Um die Wärmeleitfähigkeit des Phasenveränderungsmaterials, insbesondere von Paraffin, zu verbessern und dadurch die durch die Phasenveränderung bedingte Zeit zu verkürzen und den Wärmeübergang in die das Phasenveränderungsmaterial umgebende Konstruktion zu verbessern, kann ihm ein Wärme gut leitendes Material, wie Metall oder Kohlenfaser, beigemischt werden. Von den Metallen ist das Aluminium dank seiner großen Wärmeleitfähigkeit eine bevorzugte Alternative. Es ist auch möglich, das Phasenveränderungsmaterial in eine Metallhülle einzukapseln, wobei das Phasenveränderungsmaterial geschützt ist.
Wenn das Phasenveränderungsmaterial auf die oben angeführte Weise in der Konstruktion der Feuerstätte angeordnet wird, ist die Fläche des Phasenveränderungsmaterials insgesamt zum Beispiel 2-3 Quadratmeter und das Volumen insgesamt 70-240 Liter je nach der Dicke und der Dichte des Phasenveränderungsmaterials. Wenn die anderen Parameter unveränderlich bleiben, kann natürlich in eine große Feuerstätte mehr Phasenveränderungsmaterial als in eine kleine Feuerstätte hineingebracht werden. Die erwähnte Menge Phasenveränderungsmaterial kann sogar mehrere zig kWh Wärmeenergie speichern.
5 veranschaulicht, wie die Anwesenheit eines Phasenveränderungsmaterials in einer Feuerstätte auf ihre Wärmeabgabeeigenschaften wirkt, d. h. wie sich die Wärmeabgabe der erfindungsgemäßen Feuerstätte von der Wärmeabgabe der herkömmlichen Speicherfeuerstätte als Funktion der Zeit unterscheidet. Die Wärmeabgabe der erfindungsgemäßen Feuerstätte veranschaulicht die mit einer gestrichelten Linie gezeichnete Kurve und die Wärmeabgabe der herkömmlichen Feuerstätte veranschaulicht die mit einer einheitlichen Linie gezeichnete Kurve. Aus der Figur ist ersichtlich, dass in einem Heizvorgang der Feuerstätte, den der Zeitabstand 0-t1 grob veranschaulicht, die erfindungsgemäße Feuerstätte ebenso viel Wärme wie die herkömmliche Feuerstätte an ihre Umgebung abgibt. Nach dem Heizvorgang und am Anfang der Abkühlung der Feuerstätte gibt sie im Zeitabstand t1-t2 weniger Wärme als die herkömmliche Feuerstätte ab. Nach der Zeit t2 gibt die erfindungsgemäße Feuerstätte mehr und gleichmäßiger Wärme als die herkömmliche Feuerstätte.
Die Erfindung ist oben mittels nur eines Beispiels beschrieben und deswegen wird bemerkt, dass die Erfindung in ihren Einzelheiten auf viele Weise im Rahmen der beigefügten Schutzansprüche verwirklicht werden kann. Somit können die genauen Lagen des Phasenveränderungsmaterials in der Mantelkonstruktion der Feuerstätte variieren. Das Phasenveränderungsmaterial kann auch in der Oberfläche des Feuerraums angeordnet sein, wobei das Phasenveränderungsmaterial als Verkleidungsmaterial der Feuerstätte dienen kann. In der oben beschriebenen Ausführungsform ist das Phasenveränderungsmaterial in allen Hauptwänden sowie in der Deckenkonstruktion (in der Oberkonstruktion der Feuerstätte) der Feuerstätte angeordnet, aber das Phasenveränderungsmaterial kann bei Bedarf nur in einigen Wänden oder zum Beispiel in nur einer Wand verwendet werden, wobei natürlich nicht eine ebenso wirksame und gleichmäßige Wärmeabgabe von der Mantelkonstruktion an die Umgebung wie dann erreicht wird, wenn das Phasenveränderungsmaterial in allen Hauptwänden vorhanden ist.
Obwohl die oben gegebenen Beispiele für Phasenveränderungsmaterialien Phasenveränderungsmaterialien repräsentieren, deren Aggregatzustand sich bei der Verwendung der Feuerstätte von dem festen Aggregatzustand in den flüssigen Aggregatzustand und umgekehrt verändert, ist es wenigstens im Prinzip denkbar, dass sich das Phasenveränderungsmaterial bei der Verwendung der Feuerstätte von dem flüssigen Aggregatzustand in die Dampfform und umgekehrt verändert. Auch eine derartige Veränderung im Aggregatzustand des Materials setzt eine große Bindung/Abgabe einer Energiemenge voraus, die wenigstens im Prinzip genutzt werden kann, um der Feuerstätte die gleichmäßigen und langfristigen Wärmeabgabeeigenschaften zu geben. Obwohl oben beschrieben ist, dass das Phasenveränderungsmaterial in Verbindung mit einer Speicherfeuerstätte verwendet wird, kann es vorzugsweise in kleinen Feuerstätten, wie in Kaminen, verwendet werden, wobei es vorzugsweise neben dem wärmespeichernden Material als Verkleidungsmaterial der Feuerstätte dient.

Claims

Feuerstätte, die einen inneren Teil (10) mit einem Feuerraum (9) und eine Mantelkonstruktion (14-18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in die Mantelkonstruktion (14-18) der Feuerstätte ein Phasenveränderungsmaterial (21, 22, 27-29) hineingelegt ist, das derart gewählt ist, dass seine Phasenveränderung in einem Temperaturbereich ist, der beim normalen Feuern der Feuerstätte erzielt wird, welches Phasenveränderungsmaterial angeordnet ist, die Wärmeenergie aus dem Feuerraum (9) beim Feuern der Feuerstätte aufzunehmen und zu speichern und die darin gebundene Wärmeenergie über die Mantelkonstruktion der Feuerstätte an die Umgebung der Feuerstätte beim Abkühlen der Feuerstätte abzugeben.
Feuerstätte nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenveränderungsmaterial (21, 22) in einer Seitenwandkonstruktion (15, 16) der Feuerstätte angebracht ist.
Feuerstätte nach Schutzanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenveränderungsmaterial (29) in einer Rückwandkonstruktion (18) der Feuerstätte angebracht ist.
Feuerstätte nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche 1- 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenveränderungsmaterial (28) in einer Vorderwandkonstruktion (17) der Feuerstätte angebracht ist.
Feuerstätte nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkleidungsmaterial der Feuerstätte ein Phasenveränderungsmaterial umfasst.
Feuerstätte nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenveränderungsmaterial derart gewählt ist, dass sich sein Aggregatzustand von dem festen Aggregatzustand in den flüssigen Aggregatzustand im erwähnten Temperaturbereich verändert.
Feuerstätte nach Schutzanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenveränderungsmaterial (21, 22, 28) ein Paraffin ist.
Feuerstätte nach Schutzanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenveränderungsmaterial (27, 29) ein Salz ist.
Feuerstätte nach Schutzanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Phasenveränderungsmaterial ein Wärme gut leitendes Material zum Verbessern seiner Wärmeleitfähigkeit beigemischt ist.
Feuerstätte nach Schutzanspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenveränderungsmaterial in eine Metallhülle eingekapselt ist.