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Die
Erfindung betrifft einen Ofen zur Verfeuerung von Festbrennstoffen, welcher
eine Wasserführung aufweist.
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Öfen zur
Verfeuerung von Festbrennstoffen sind in der Lage, Materialien wie
zum Beispiel Holzscheite, Holzpellets oder fossile Brennstoffe,
insbesondere Kohle, zu verbrennen und dabei deren chemische Energie
in Wärmeenergie
zu wandeln. Sie sind damit eine Alternative zum Einsatz von Öfen, welche
ausschließlich
fossile Brennstoffe, wie Gas oder Öl, nutzen können und bieten damit eine
gewisse Unabhängigkeit
von den Preisgestaltungen des Weltmarkts und der Energieversorgungsunternehmen.
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Während bislang Öfen für Festbrennstoffe meist
als an einem zentralen Ort wirkende Wärmequellen, wie zum Beispiel
in Form eines Kachelofens, Kamins oder dergleichen, ausgebildet
waren, entwickelt sich der Trend zur Verwendung von sogenannten
wassergeführten Öfen. Derartige
wassergeführte Öfen geben üblicherweise
zum einen Wärmeenergie durch
Konvektion, Wärmeleitung
oder Wärmestrahlung
unmittelbar an die Umgebung ab. Zum anderen weisen diese Öfen Wasserführungen
auf, durch die Wasser geleitet und erwärmt wird, so dass die erzeugte
Wärmeenergie
dezentral verteilt werden kann.
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Eine übliche Installation
der wassergeführten Öfen besteht
darin, durch das im Ofen erwärmte Wasser
einen Speicher zu heizen, der dann das Nutzwasser in einem Gebäude oder
auch das erwärmte
Wasser für
eine Heizungsanlage bereitstellt. Durch die Option der Wasserführung ist
es folglich möglich, derartige Öfen für Festbrennstoffe
zur umfassenden Heizung und zur Warmwasserversorgung eines Gebäudes einzusetzen.
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Nachdem
der Leistungsbedarf bei diesen Öfen
gegenüber
dem Leistungsbedarf von Öfen ohne
Wasserführung
deutlich erhöht
ist, kommt der Frage der effektiven Umsetzung der chemischen Energie
in Wärmeenergie
eine zentrale Rolle zu.
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Es
ist somit eine Aufgabe der Erfindung, einen Ofen mit Wasserführung vorzuschlagen,
welcher eine wirtschaftliche Beheizung eines Komplexes, zum Beispiel
eines Gebäudes,
ermöglicht.
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Hierzu
wird ein Ofen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Bevorzugte
oder vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung
sowie den beigefügten
Figuren.
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Der
Ofen gemäß dem Anspruch
1 ist zur Verfeuerung von Festbrennstoff geeignet und/oder ausgebildet.
Insbesondere dient der Ofen zur Verfeuerung von Holz, Holzscheiten,
Holzpellets und/oder Kohle, zum Beispiel in Form von Briketts. Der
Ofen kann als ein Ofeneinsatz ausgebildet sein, welcher in ein Gehäuse, wie
zum Beispiel einen Kachelofen, integrierbar ist. Mehr bevorzugt
ist der Ofen als ein freistehender Ofen ausgebildet.
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Der
Ofen umfasst eine Brennkammer, welche zur Verbrennung des Festbrennstoffs
ausgebildet ist. Die bei der Verbrennung entstehenden Rauchgase
werden über
eine Rauchgasführung
geleitet, die so ausgebildet ist, dass die Rauchgase in einem Normalbetriebszustand
des Ofens sturzartig aus der Brennkammer durch eine Durchlassöffnung in
einem Brennkammerboden der Brennkammer geführt sind. Bei der sturzartigen
Führung
der Rauchgase werden diese aus der Brennkammer beispielsweise in
eine darunter liegende Kammer, insbesondere Aschekammer oder Vergaserkammer,
geführt
und von dort weiter verteilt. Es ist optional möglich, dass in einem anderen
Betriebszustand die Rauchgase anders geführt werden, wobei vorzugsweise
der andere Betriebszustand und der Normalbetriebszustand durch Betätigen eines
strömungstechnischen Elements,
wie zum Beispiel einer Klappe, umschaltbar ist.
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Zudem
umfasst der Ofen eine Wasserführung,
wobei die Wasserführung
thermisch derart an die Rauchgasführung gekoppelt ist, so dass
in dem Normalbetriebszustand die Rauchgase die Wasserführung bzw.
das darin geführte
Wasser erwärmen. Insbesondere
ist die Wasserführung
für einen
Durchfluss von Wasser ausgebildet. Das Wasser der Wasserführung kann
durch chemische Zusätze
ergänzt sein.
Bei äquivalenten
Ausführungsformen
kann das Wasser auch durch ein anderes Fluid ersetzt sein.
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Der
Ofen kann eine Leistung von mehr als 10 kW, vorzugsweise von mehr
als 15 kW und insbesondere mehr als 20 kW aufweisen. Bevorzugt ist
der Ofen so ausgeführt,
dass ein Teil der Leistung für
ein unmittelbares Heizen der Umgebung des Ofens, zum Beispiel über Wärmekonvektion,
Wärmestrahlung und/oder
Wärmefluss,
auskoppelbar ist und ein anderer Teil zur Erwärmung des Wassers in der Wasserführung nutzbar
ist. Vorzugsweise wird in dem Normalbetriebszustand mehr als 2/3
der Leistung zur Erwärmung
des Wassers in der Wasserführung
genutzt.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind an dem Ausgang
der Durchlassöffnung Rauchgasleitbleche
angeordnet, welche den offenen oder freien Querschnitt der Durchlassöffnung verkleinern
und/oder in zumindest einer Längsschnittebene entlang
der lokalen Strömungsrichtung
der Rauchgase trichterförmig
und/oder düsenförmig ausgestaltet sind.
Durch die Reduzierung des freien Querschnitts wird die Rauchgasführung und
damit der Wirkungsgrad des Ofens verbessert. Die Rauchgasleitbleche sind
beispielsweise mechanisch an der Unterseite des Brennkammerbodens
befestigt, können
jedoch auch beliebig anders fixiert sein. Die Rauchgasleitbleche
sind bevorzugt aus Metall gefertigt. Bei abgewandelten Ausführungsformen
können
die Rauchgasleitbleche aus einem Keramikmaterial gebildet sein.
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Bei
einer möglichen
konstruktiven Realisierung ist die Durchlassöffnung im Querschnitt senkrecht
zu der lokalen Strömungsrichtung
viereckig, insbesondere rechteckig, optional mit abgerundeten Ecken,
ausgebildet. Bei dieser Realisierung ist es bevorzugt, wenn zwei
Rauchgasleitbleche an gegenüberliegenden
Seiten der Durchlassöffnung
angeordnet sind und die anderen Seiten frei bleiben. Es hat sich
gezeigt, dass eine ausreichende Wirkung der Rauchgasleitbleche auch
dann erreichbar ist, wenn nicht alle vier, sondern nur zwei gegenüberliegende Seiten
der Durchlassöffnung
mit Rauchgasleitblechen versehen sind.
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Bei
einer weiteren möglichen
Realisierung der Erfindung sind die Rauchgasleitbleche als abgekantete
Bleche, insbesondere Stahlbleche ausgebildet. Derartige Stahlbleche
sind weitgehend hitzeresistent und sind kostengünstig verfügbar. Das Abkanten der Rauchgasleitbleche
stellt ebenfalls einen kostengünstigen
Fertigungsschritt dar.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
definieren die Rauchgasleitbleche in der genannten Längsschnittebene
einen gemeinsamen Öffnungswinkel,
wobei der Öffnungswinkel
insbesondere einstellbar ausgebildet ist. Beispielsweise können die Rauchgasleitbleche,
insbesondere deren freie Endabschnitte, schwenkbar ausgebildet sein.
Durch Variation des Öffnungswinkels
kann die Reduzierung der Durchlassöffnung ein- und/oder nachgestellt
werden, ohne mechanische Bauteile, wie die zuvor beschriebenen abgekanteten
Stahlbleche, mechanisch verformen zu müssen. Durch diese Einstellmöglichkeit
kann der Ofen frei auf die jeweiligen Umgebungsbedingungen angepasst
werden.
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Bei
einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen die
Rauchgasleitbleche an ihrer freien Seite bzw. ihren Seitenrändern Verwirbelungsmittel
zur Verwirbelung der Rauchgase auf. Insbesondere sind die freien
Seiten als strukturierte Kante und nicht als reine Schnittkante
ausgebildet. Die Verwirbelungsmittel dienen insbesondere dazu, eine
laminare Strömung
der Rauchgase zu stören und
Turbulenzen zu erzeugen, so dass der Wärmeübertrag der Rauchgase auf Wände des
Ofens verbessert wird. Alternativ oder ergänzend können die Rauchgasleitbleche
Durchbrüche
aufweisen.
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Bei
einer möglichen
Realisierung der Erfindung sind die Verwirbelungsmittel als Zacken,
Zähne,
Randausbrüche,
Randaussparungen und/oder Wellenformen an der freien Seite der Rauchgasleitbleche
ausgebildet.
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Bei
einer möglichen
Ausführungsform
der Erfindung weist der Ofenrost an der der Brennkammer zugewandten
Seiten eine gekrümmte
Auflagefläche
für den
Festbrennstoff auf. Die gekrümmte
Auflagefläche
ist nicht durchgehend ausgebildet, sondern durch Stützstellen
oder Stützlinien
realisiert. Durch die gekrümmte
Auflagefläche
wird ebenso Einfluss auf die Rauchgasströmung genommen.
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Beispielsweise
ist die Auflagefläche
als eine Zylindermantelfläche
ausgebildet, wobei in mindestens einer der vorher beschriebenen
Längsschnittebenen
ein zentrales Maximum vorgesehen ist. Beispielsweise ist der Ofenrost
aus einer Mehrzahl von identischen Blechlamellen gebildet, welche
eine gekrümmte,
der Brennkammer zugewandte Oberkante besitzen. Besonders bevorzugt
ist die Zylindermantelfläche
gerade ausgebildet, wobei deren Längserstreckung parallel zu
der Längserstreckung
der Rauchgasleitbleche ausgebildet ist. Diese beiden Maßnahmen
wirken zusammen, um die Rauchgasführung zu optimieren.
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Bei
einer bevorzugten Umsetzung der Erfindung ist der Brennkammerboden
als ein Doppelboden mit einem Zwischenraum ausgebildet, wobei durch
den Zwischenraum die Verbrennungsluft oder zumindest ein Teil davon
in die Brennkammer und/oder in die Durchlassöffnung zuführbar ist bzw. zugeführt wird.
Besonders bevorzugt wird die Verbrennungsluft durch den Zwischenraum
von allen Seiten in die Durchlassöffnung zugeführt. Durch
diese optionale Ergänzung
wird mittels der gekrümmten Auflagefläche des
Ofenrosts, der Verbrennungsluftzuführung über den Zwischenraum und den
Rauchgasleitblechen eine strömungstechnische
Einheit geschaffen, die eine wirtschaftliche Verbrennung des Fernbrennstoffs
ermöglicht.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung weist die Wasserführung
einen ersten und einen zweiten Wärmetauscherbereich
auf, wobei die Rauchgasführung abschnittsweise
zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmetauscherbereich geführt ist.
Auf diese Weise kann das durch die Rauchgasführung kommende Rauchgas beidseitig
zu der Rauchgasführung
Wärme abgeben
und an die Wasserführung übertragen.
Insbesondere weist jeder Wärmetauscherbereich
Kanäle
und/oder Rohre auf, welche im Normalbetriebszustand mit dem Wasser der
Wasserführung
durchströmt
werden, damit die Wärme
abgeführt
wird.
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Besonders
bevorzugt ist der erste Wärmetauscherbereich
zwischen der Rauchgasführung
und der Brennkammer angeordnet. Dieser Wärmetauscherbereich wird beidseitig
erwärmt
und kann somit sowohl von der Brennkammer als auch von der Rauchgasführung Energie
aufnehmen. Bei einer vorteilhaften Ergänzung der Erfindung ist der
zweite Wärmetauscherbereich
zwischen der Rauchgasführung
und der Außenseite
des Ofens platziert.
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Vorzugsweise
ist die Rauchgasführung
in dem Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmetauscherbereich
und/oder der erste und/oder der zweite Wärmetauscherbereich in einem
Querschnitt senkrecht zu der Strömungsrichtung
der Rauchgase als ein um die Brennkammer gekrümmter, insbesondere bogenförmiger Bereich
ausgebildet. Besonders bevorzugt umschließen die drei Bereiche sich
in einer konzentrischen und/oder gleichsinnig gekrümmten Weise,
wobei in dem Umschließungsbereich
des ersten Wärmetauscherbereichs die
Brennkammer angeordnet ist. Insbesondere ist die Rückwand der
Brennkammer im Querschnitt in der Grobform ebenfalls gekrümmt, insbesondere
bogenförmig,
elliptisch oder teilkreisförmig
ausgebildet. Durch diese Anordnung bzw. Form der verschiedenen Bereiche
ergeben sich besonders große
Kontaktflächen
zwischen den Bereichen, so dass der Wärmeübertrag zu der Wasserführung gefördert wird.
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Bei
einer möglichen
Weiterbildung der Erfindung tragen die Wärmetauscherbereiche oberflächenvergrößernde Strukturen,
insbesondere Rippen, die in die Rauchgasführung ragen. Die Rippen können gleichgerichtet
zu der Strömungsrichtung
des Rauchgases sein, bei alternativen Ausführungsformen können die
Rippen jedoch auch gewendelt oder anders gebogen realisiert sein.
Bevorzugt sind die Rippen an den Wärmetauscherbereichen angeschweißt und/oder
bestehen aus Metall, welches eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist.
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Bei
einer möglichen
Ausführungsform
des Ofens, insbesondere als freistehender Ofen, umfasst der Ofen
einen Grundkörper
und einen Mantel, wobei zwischen dem Mantel und dem Grundkörper ein
Zwischenspalt, zum Beispiel ein Teilringspalt, gebildet ist, welcher
eine Konvektion von Umgebungsluft entlang des Grundkörpers ermöglicht.
Durch den Mantel und den Grundkörper
des Ofens wird ein Kamineffekt erzeugt, wobei kalte Umgebungsluft
in einem unteren Bereich des Ofens angesaugt, entlang des Grundkörpers aufgewärmt und
als warme Umgebungsluft an einem oberen Teil des Ofens wieder abgebbar
ist bzw. abgegeben wird. Der Mantel erstreckt sich in Umfangsrichtung
um den Ofen vorzugsweise über den
gesamten Bereich unter Ausschluss etwaiger Ofentüren und in der Höhe über mindestens
70%, vorzugsweise über
mindestens 80% und insbesondere über
mindestens 90% des Grundkörpers.
Vorteilhaferweise ist eine weitere, äußere Isolierung nicht nötig, da
die optional stehende Luft zwischen dem Mantel und dem Grundkörper diese
Aufgabe erfüllt.
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Besonders
bevorzugt zeigt der Mantel und/oder der Ofen in einem Kopfbereich,
also in einem oberen Bereich, Konvektionsöffnungen, welche den Zwischenspalt
zu der Umgebung öffnen
und einen Austritt der erwärmten
Luft erlauben.
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Besonders
bevorzugt sind die Konvektionsöffnungen
im Durchlass, z. B. über
Klappen oder Schieber, einstellbar und zwar vorzugsweise derart, dass
in dem Normalbetriebszustand bei geschlossenen Konvektionsöffnungen
die erwärmte
Luft unter dem Mantel gestaut wird. Durch die einstellbaren Konvektionsöffnungen
kann somit das Verhältnis
der an die Umgebung abgegebenen Wärmeleistung und der an die
Wasserführung
abgegebenen Wärmeleistung
des Ofens eingestellt werden, indem die Abgabe der Wärmeleistung
an die Umgebung durch die stellbaren Konvektionsöffnungen regulierbar ist.
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Bei
einer möglichen
Ergänzung
der Erfindung ist an der Verbrennungsluftzufuhr eine Zufuhrsteuerung
vorgesehen, welche die Zufuhr der Verbrennungsluft steuert. Bei
einer ersten möglichen Ausführungsform
ist die Zufuhrsteuerung als eine manuell zu bedienenden Drossel
realisiert. Beispielsweise kann die Drossel als Schiebe- oder Verschwenkblech
ausgebildet sein, welches bei einer ersten Position eine erste Luftzufuhr
und bei einer zweiten Position eine zweite Luftzufuhr ermöglicht, welche
größer als
die erste Luftzufuhr ist. Bei einer zweiten möglichen Ausführungsform
der Erfindung ist die Zufuhrsteuerung mit der Drossel automatisiert ausgebildet,
wobei bei einer ersten Temperatur die erste Luftzufuhr und bei einer
zweiten Temperatur die zweite Luftzufuhr eingestellt wird.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die automatisierte
Zufuhrsteuerung einen wärmegesteuerten
Aktor, welcher die Drossel betätigt.
Der wärmegesteuerte
Aktor nutzt bevorzugt die Wärmeenergie
des Ofens als Antriebsenergie, insbesondere ist der Aktor unabhängig von
einer elektrischen Energie. Beispielsweise weist der Aktor ein Wärmedehnelement
auf, welches sich in Abhängigkeit
der Temperatur ausdehnt und/oder seine Form ändert, wie z. B. ein Bimetallstreifen,
und dadurch optional über
ein Getriebe die Drossel betätigt. Bei
einer möglichen
Ausführungsform
ist der Aktor als ein Stabaktor realisiert, welcher einen Hub von mindestens
5 mm, vorzugsweise mindestens 8 mm, bevorzugt 10 mm aufweist, welcher
ausgebildet und/oder angeordnet ist, die Drossel bei Temperaturen
unter 75°C
zu öffnen
und bei Temperaturen über 95°C zu schließen.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung. Dabei zeigen:
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1 eine
schematische Frontansicht auf einen Ofen als ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 eine
Rückansicht
des Ofens in der 1;
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3 einen
ersten Längsschnitt
durch den Ofen der vorhergehenden Figuren;
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4 eine
Detailansicht im Bereich der Brennkammer in der 3;
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5 einen
zweiten Längsschnitt
in einer Ebene senkrecht zu dem Längsschnitt in der 3 des
Ofens der vorhergehenden Figuren;
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6 eine
Detailvergrößerung ebenfalls
im Bereich des Brennraums des Ofens in der 5;
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7 ein
erster Querschnitt des Ofens in den vorhergehenden Figuren im Bereich
der Aschekammer;
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8 ein
zweiter Querschnitt des Ofens der vorhergehenden Figuren in einem
Mittelbereich;
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9 eine
schematische Draufsicht auf den Ofen der vorhergehenden Figuren.
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Einander
entsprechende Teile oder Größen sind
in den Figuren mit jeweils einander entsprechenden oder gleichen
Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt
in einer schematischen Frontansicht einen Ofen 1, welcher
zur Verfeuerung von Festbrennstoffen, wie zum Beispiel Holz oder
Kohle, einsetzbar ist. Wie sich aus dem Nachfolgenden noch ergibt,
ist der Ofen 1 wasserführend
ausgebildet, das heißt,
dass neben der Abgabe von Wärme an
die Umgebung zudem Wasser durch den Ofen 1 geführt ist,
welches durch den Ofen 1 erhitzt wird.
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Der
Ofen 1 ist in der dargestellten Form als freistehender
Ofen ausgebildet, welcher nach dem Aufstellen und nach dem Verbinden
der Versorgungs- bzw. Rauchgasableitungen einsatzbereit ist.
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Der
Ofen 1 weist eine Ofentür 2 auf,
welche einen Zugang zu der dahinter liegenden Brennkammer 3 erlaubt,
sowie eine Aschetür 4,
welche den Zugang zu einer Aschekammer 5 in dem Ofen 1 ermöglicht.
An der Oberseite ist ein Stutzen 6 zum Anschluss an die
Rauchgasableitungen, insbesondere ausgebildet als ein Ofenrohr,
vorgesehen.
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Die 2 zeigt
den Ofen 1 in einer Rückansicht,
wobei zu erkennen ist, dass als Alternative zu dem Stutzen 6 auch
ein rückseitiger
Auslass 7 zur Ableitung der Rauchgase verwendbar ist. Im
unteren Teil ist eine Verbrennungsluftzuführung 8 sowie zwei Anschlüsse 9a, 9b für den Zu-
bzw. Abfluss des Wassers für
die Wasserführung
erkennbar. Die Verbrennungsluftzuführung kann bei abgewandelten
Ausführungsbeispielen
eine oder mehrere bewegbare Verschwenkbleche aufweisen, wobei die
Verschwenkbleche manuell oder automatisiert betätigt werden. Die Verschwenkbleche
sind wie das starre Blech in der 2 z. B.
sternförmig
oder siemenssternförmig ausgebildet.
Bei einer Verschwenkung der Verschwenkbleche werden die Zwischenräume des
starren Verschwenkblechs durch die Arme des verschwenkten Verschwenkblechs
abgedeckt und auf diese Weise die Zufuhr an Luft wie mit einer Drossel verringert.
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Bei
einer automatisierten Betätigung
ist ein z. B. Stabktor vorgesehen, dessen Aktorhub abhängig von
einer angelegten oder zugeführten
Temperatur ist. Der Aktorhub erfolgt durch eine Wärmeausdehnung
eines wärmesensiblen
Bereichs in dem Stabaktor und beträgt z. B. 10 mm bei einer Temperaturdifferenz
zwischen 75°C
und 95°C.
Dieser Aktorhub wird über
ein Getriebe auf eines der Verschwenkbleche übertragen, so dass dieses verdreht
und die Luftzufuhr verringert wird. Die Zuleitung der Wärme kann über eine
Wärmeverbindung,
wie z. B. ein Kupferkabel erfolgen, wobei die Quelle der Wärme und/oder Anschlusspunkt
für die
Wärmeverbindung
in oder an der Wasserführung
ist, so dass der Aktorhub in Abhängigkeit
der Temperatur des Wassers der Wasserführung ist. Die automatisierte
Betätigung
erfolgt somit fremdenergiefrei und selbsttätig.
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Die 3 zeigt
einen ersten Längsschnitt durch
den Ofen 1, welcher parallel zur Front des Ofen 1,
wie sie in der 1 gezeigt ist, geführt ist.
Die Brennkammer 3 ist so dimensioniert, dass liegend Holzscheite
größer als
30 cm und stehend Holzscheite größer als
50 cm aufgenommen werden können. Der
Brennkammerboden 10 ist mehrlagig aufgebaut, wobei die
verschiedenen Lagen nachfolgend erläutert werden. Zentral angeordnet
weist der Brennkammerboden 10 eine Durchlassöffnung 11 auf,
welche die Brennkammer 3 strömungstechnisch mit der darunter
liegenden Aschekammer 5 verbindet. Ausgehend von der Brennkammer 3 zeigt
der Brennkammerboden 10 eine Schamotteschicht 12,
in der im Bereich der Durchlassöffnung 11 ein
Ofenrost 13 eingesetzt ist. Im Deckenbereich der Brennkammer 3 ist ein
Anfeuerungsauslass 14 angeordnet, welcher mittels einer
Klappe 15 (5) verschließbar ist.
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Bei
einem Anschüren
des Ofens 1 ist der Anfeuerungsauslass 14 zunächst geöffnet, so
dass die durch den Festbrennstoff entstehenden Rauchgase durch den
Anfeuerungsauslass 14 auf einem kurzen Weg über den
Stutzen 6 oder den Auslass 7 ausgeleitet werden.
Nach der Anfeuerungsphase wird der Ofen 1 in einen Normalbetriebszustand überführt, indem
durch die Klappe 15 der Anfeuerungsauslass 14 verschlossen
wird. In dem Normalbetriebszustand werden die Rauchgase sturzartig
durch die Durchlassöffnung 11 bzw.
den Ofenrost 13 in die Aschekammer 5 geleitet
und von dort weitergeführt.
Die Strömungsrichtung
der Rauchgase im Normalbetriebszustand sind in der 4 mittels
Pfeile 16 visualisiert.
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Die 4 zeigt
eine schematische Vergrößerung im
Bereich des Brennkammerbodens 10, um dessen Aufbau detaillierter
betrachten zu können.
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Nachfolgend
zu der Schamotteschicht 12 zeigt der Brennkammerboden 10 einen
Zwischenraum 17, welcher eine Zuführung von Verbrennungsluft
in die Durchlassöffnung 11 ermöglicht.
Hierzu zeigt ein erstes Bodenblech 18 Abkantungen, welche sich
flügelartig
in Richtung der Aschekammer 5 – auch als Vergaserkammer zu
bezeichnen – erstrecken,
die Durchlassöffnung 11 verkleinern
und als Auflagefläche
für den
Ofenrost 13 wirken. An der Unterseite des Zwischenraumes 17 befindet
sich ein weiteres Bodenblech 19, an das in diesem Ausführungsbeispiel
mittels einer Schraubverbindung Rauchgasleitbleche 20 an
gegenüberliegenden
Seiten der Durchlassöffnung 11 angeordnet
sind.
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Die
Rauchgasleitbleche sind in dem gezeigten Längsschnitt der 4 trichterförmig angeordnet und
bilden einen Öffnungswinkel α (alpha).
Durch die Rauchgasleitbleche 20 wird der freie Durchmesser der
Durchlassöffnung 11 an
zwei gegenüberliegenden
Seiten verringert, was zu einer Verbesserung der Verbrennung und
somit der Wirtschaftlichkeit des Ofens 1 führt. Der
Ofenrost 13 ist an der Auflagefläche 21, welche der
Brennkammer 3 zugewandt ist, zylindermantelförmig gekrümmt ausgebildet.
Durch die zylindermantelförmige
Krümmung
der Auflagefläche 21,
und durch die Rauchgasleitbleche 20 wird eine Düsenkonstellation
gebildet, die eine effektive Verbrennung in dem Ofen 1 fördert.
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Die
frei abstehenden Flügel
der Rauchgasleitbleche 20 weisen an der freien Kante keine
geraden Schnittkanten auf, sondern zeigen Verwirbelungsmittel, wie
zum Beispiel Zacken, Zähne,
Wellen oder dergleichen, um eine Verwirbelung der Rauchgase zu begünstigen.
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Die 5 zeigt
den Ofen 1 in einem zweiten Längsschnitt senkrecht zu dem
ersten Längsschnitt bzw.
entlang der Schnittlinie A-A der 1, um ein vollständiges Bild
der Einzelkomponenten entnehmen zu können. Wie sich insbesondere
ergibt, ist der Ofenrost 13 mit voneinander beabstandeten
Einzellamellen 22 ausgebildet, so das die Rauchgase zwischen
den Einzellamellen 22 geführt werden können. Es
ist auch zu erkennen, dass die Rauchgasleitbleche 20 nur
auf zwei Seiten der Durchlassöffnung 11 angeordnet
sind.
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Bei
abgewandelten Ausführungsformen
der Erfindung sind die Rauchgasleitbleche länger, zum Beispiel mit einer
freien Flügellänge von
mindestens 4 cm, vorzugsweise von mindestens 6 cm und/oder sind
in dem Anstellwinkel einstellbar ausgebildet, so dass der Öffnungswinkel α vorzugsweise
frei oder in mehreren Stufen variierbar ist.
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Bei
geschlossener Klappe 15 wird das Rauchgas entlang der Pfeile 16 in
die Aschekammer 5 und von dort aus im hinteren Teil des
Ofens 1 über einen
Sturzzug 23 zu dem Stutzen 6 geleitet. Die 6 illustriert
den Bereich des Brennkammerbodens 10 der 5 nochmals
in Vergrößerung.
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Die 7 zeigt
einen Querschnitt im Bereich des Aschekastens 5, um die
weitere Rauchgasführung
zu illustrieren. Nachdem das Rauchgas in den Aschekasten 5 eingetreten
ist, wird es seitlich an Schamottesteinen 24 um einen zentralen
Schamottestein 25 in den Sturzzug 23 geführt. Die
Schamottesteine 24 und 25 dienen zum einen zur
Führung
der Rauchgase und zum anderen zur Ableitung von Wärme aus
den heißen
Rauchgasen.
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Wie
sich bereits aus den 5 und 6 ergibt,
ist beidseitig zu dem Sturzzug 23 ein Wärmetauscherbereich 26 bzw. 27 der
Wasserführung
angeordnet. Der Wärmetauscherbereich 26 ist
demnach zwischen der Brennkammer 3 und dem Sturzzug 23 und
der zweite Wärmetauscherbereich 27 zwischen dem
Sturzzug 23 und der Außenseite
des Ofens 1 positioniert.
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Die 8 zeigt
in einer schematischen Darstellung einen Querschnitt parallel zu
dem Querschnitt in der 7, jedoch in der Höhe nach
oben versetzt. Hierbei ist zu erkennen, dass die Brennkammer 5 im
rückwandigen
Teil halbkreisförmig
ausgebildet ist und sich der erste Wärmetauscherbereich 26, der
Sturzzug 23 und der zweite Wärmetauscherbereich 27 an
diese Halbkreisform mit gleicher oder ähnlicher Krümmung anschmiegen, so dass
diese jeweils ebenso halbkreisförmig
oder sichelförmig
ausgestaltet sind. In den Wärmetauscherbereichen 26 bzw. 27 sind
Kanäle
oder Rohre für
das Wasser der Wasserführung
vorgesehen, so dass das Rauchgas in dem Sturzzug 23 beidseitig
Wärmeenergie
an die Wasserführung
abgeben kann. Besonders hervorzuheben ist die kompakte Bauweise
des Ofens 1, welche zugleich einen optimalen Wärmeübertrag
von dem Rauchgas an das Wasser ermöglicht.
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Optional
können
in dem Sturzzug 23 Kühlrippen 28 vorgesehen
sein, welche den Wärmeübertrag von
dem Rauchgas zu den Wärmetauscherbereichen 26, 27 weiter
verbessern. Beispielsweise sind die Rippen 28 an den Wärmetauscherbereichen 26, 27 angeschweißt.
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In
einer Zusammenschau der 8 und 7 ist zu
erkennen, dass der Ofen 1 einen Grundkörper 29 aufweist,
welcher im rückwärtigen Teil,
anschließend
an die Ofen- bzw. Aschetür 2, 4,
mit einem Mantel 30 umhüllt
ist. Der Mantel 30 ist als ein Stahlmantel ausgebildet
und erstreckt sich – wie
aus den anderen Figuren zu erkennen ist – von dem Boden bis zum oberen
Ende des Grundkörpers 29.
Der Mantel 30 erlaubt ein Anwärmen von Umgebungsluft, welches
im Bodenbereich unter den Mantel 30 gesaugt wird, an dem
erwärmten
Grundkörper 29 entlang
gleitet und mittels Konvektion nach oben gefördert wird.
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In
einer Draufsicht – wie
sie in 9 gezeigt ist – zeigt der Ofen 1 in
dem Mantel 30 Konvektionsöffnungen 31 welche
mittels eines Schiebers 32 verschließbar sind. Bei geöffneten
Konvektionsöffnungen 31 tritt
somit die Umgebungsluft im Bodenbereich ein, wird erhitzt und entweicht
als erwärmte Luft.
Bei geschlossenen Konvektionsöffnungen 31 staut
sich die Luft unter dem Mantel 30, so dass der Wärmeübertrag
an die Umgebung verkleinert ist. In dieser Betriebsstellung wird
mehr Wärme
an die Wasserführung
abgegeben. Damit stellen die stellbaren Konvektionsöffnungen 31 eine
Möglichkeit
dar, das Leistungsverhältnis
der abgegebenen Leistung zwischen der Wasserführung und der Umgebung in gewissem
Maß einzustellen.
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- 1
- Ofen
- 2
- Ofentür
- 3
- Brennkammer
- 4
- Aschetür
- 5
- Ascheraum
- 6
- Stutzen
- 7
- rückseitiger
Auslass
- 8
- Verbrennungsluftzuführung
- 9a
- Anschluss
- 9b
- Anschluss
- 10
- Brennkammerboden
- 11
- Durchlassöffnung
- 12
- Schamotteschicht
- 13
- Ofenrost
- 14
- Anfeuerungsauslass
- 15
- Klappe
- 16
- Pfeile
- 17
- Zwischenraum
- 18
- Bodenblech
- 19
- Bodenblech
- 20
- Rauchgasleitbleche
- 21
- Auflagefläche
- 22
- Einzellamellen
- 23
- Sturzzug
- 24
- Schamottesteine
- 25
- zentraler
Schamottestein
- 26
- Wärmetauscherbereich
- 27
- Wärmetauscherbereich
- 28
- Kühlrippen
- 29
- Grundkörper
- 30
- Mantel
- 31
- Konvektionsöffnungen
- 32
- Schieber