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Die
Erfindung betrifft eine Grundofenanordnung mit einer Rückwand
und Seitenwand aufweisenden Brennkammer, einem an die Brennkammer anschließenden,
Wandungen aufweisenden Heizgaszug und einem Wasser durchströmten
Wärmetauscher für die Warm- und/oder Heizwassererwärmung,
wobei der Wärmetauscher an der Rückwand und/oder
den Seitenwänden der Brennkammer und/oder den Wandungen
des Heizgaszuges angeordnet ist.
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Eine
derartige Anordnung ist aus der
DE
20 2005 012 591 des Anmelders bekannt. Dabei handelt es
sich um eine Anordnung für Kachelöfen, Kamine oder
Grundöfen, bei der der Wärmetauscher zwischen
der Rückwand und/oder Seitenwand/Seitenwänden
der Brennkammer und/oder dem Heizgaszug einerseits und den angrenzenden
Gebäudewänden andererseits ohne wärmeleitenden
Kontakt zur Brennkammer und zum Heizgaszug angeordnet ist. Durch
die Beabstandung des Wärmetauschers zur Brennkammer und
den Heizgaszug wird zwar die thermische Wechselbelastung auf den
Wärmetauscher erheblich verringert, jedoch erfolgt die
Wärmeübertragung im Wesentlichen nur durch Wärmestrahlung
und Wärmeübertragung über die im Zwischenraum
befindliche Luft, so dass Heizleistungen nur im Bereich von ca.
1 bis 2,5 KW erreicht werden können.
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Ähnliche
Konstruktionen sind für Kamineinsätze mit Wärmetauscherelementen
aus der
DE 103 40
232 A1 bekannt, wobei die Wärmetauscherelemente
im Bereich einer Rauchsammelkammer des Kamineinsatzes angeordnet
sind und aus gewickelten Kupferrohrschlangen bestehen.
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Ebenso ähnlich
ist die
DE 30 01 179
A1 konstruiert, bei der ein langes Rohr in einer Vielzahl
von Rohrschleifen um einen Kamineinsatz in einem Luft durchströmten
Zwischenraum zur Außenschale des Kamins angeordnet ist.
Die Wärmeübertragung wird über den durch
ein Gebläse zwangsweise erzeugten Luftstrom unterstützt.
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Ferner
ist aus der
DE 202
18 082 U1 ein Wärmetauscher in Form von Wärmetauscherplatten in
einem Grundofen bekannt.
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Ferner
sind Kamine und Öfen bekannt, die Rohrleitungen direkt
in der Brennkammer zur Heizwassererzeugung vorsehen. Beispielhaft
wird auf die
GB 2076144
A ,
GB 241,712 sowie
DE 29 26 277 A1 verwiesen.
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Ausgehend
vom eingangs genannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung,
eine Grundofenanordnung anzugeben, bei der der Wärmeübertrag
auf das im Wärmetauscher durchströmende Wasser
verbessert wird, ohne dabei den Wärmetauscher thermisch
zu überlasten, und ein individueller Aufbau der Anordnung
ohne großen Aufwand erstellt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird gelöst mit einer Grundofenanordnung gemäß Anspruch
1. Das Edelstahlwellrohr bildet in idealer Weise den außen
an der Brennkammer und/oder dem Heizgaszug anliegenden Wärmetauscher.
Das Edelstahlwellrohr weist durch die Wellenform eine vergrößerte
Oberfläche auf. Es ist thermisch sehr widerstandsfähig,
auch bei wechselnden thermischen Lasten. Gleichzeitig ist das Wellrohr
aufgrund der Wellen leicht biegbar, so dass die Anordnung des Wärmetauschers
außenseitig der Brennkammer und/oder des Heizgaszuges leicht
installiert werden kann. Das Edelstahlwellrohr kann bis zu kleinsten
Radien, die dem zweifachen Wellrohrdurchmesser entsprechen, problemlos
gebogen werden. Durch die an der Rückwand, den Seitenwänden
und den Wandungen angeordneten Haltemittel wird das Edelstahlwellrohr
außenseitig nahe der Brennkammer und/oder dem Heizgaszug
gehalten und ein wärmeleitender Übergang erzielt.
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Weiter
verbessert wird die Wärmeleitung, wenn die Rückwand,
die Seitenwände und die Wandungen aus Metall gebildet sind
und das Haltemittel ein Traggerüst aus Metall ist.
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Dadurch,
dass das Traggerüst an die Rückwand, Seitenwände
und Wandungen angelegt, angeschraubt oder angeschweißt
ist, wird die gewünschte Wärmeleitung sichergestellt.
Durch das Zwischenlegen einer Edelstahlwollmatte wird die thermische Verbindung
noch weiter verbessert. Ferner werden mit der Edelstahlwollmatte
Geräuschübertragungen vermieden. Alternativ oder
ergänzend wird durch eine kraft- und/oder formschlüssige
Verbindung, beispielsweise durch Schrauben oder Schweißen,
eine gute Wärmeleitung dauerhaft sichergestellt.
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Um
den Wärmetauscher in seiner Leistungsfähigkeit
an den jeweiligen Grundofen anpassen zu können, hat das
Edelstahlwellrohr eine Nennweite von 8 mm bis 25 mm (DN 8 bis DN
25), bevorzugt 12 mm bis 20 mm (DN 12 bis DN 20), besonders bevorzugt
16 mm (DN 16) sowie eine Länge von 50 m bis 90 m. Das ergibt
eine Tauscherfläche zwischen 5,7 bis 10 m2.
Mit der angegebenen Rohrlänge kann eine Heizleistung von
2,5 bis ca. 6 kW hinsichtlich der Warmwasser- bzw. Heizwassererwärmung
an einem entsprechend ausgelegten Grundofen erreicht werden.
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Wenn
eine Vorlaufleitung an einem Ende des Edelstahlwellrohres und eine
Rücklaufleitung an dem anderen Ende angeschlossen ist,
wobei die Vorlaufleitung zu einem Pufferspeicher führt
und die Rücklaufleitung vom Pufferspeicher einen großen
Zirkulationskreislauf schließt, wird die im Wärmetauscher eingespeiste
Heizwärme im Pufferspeicher abgelegt, so dass sie bedarfsweise
für die Gebäudeheizung und/oder für die
Warmwassererzeugung verwendet werden kann.
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Dadurch,
dass zwischen Vorlaufleitung und Rücklaufleitung eine Bypassleitung über
ein 3/2 Wege-Ventil oder Mischventil angeschlossen ist, wobei die
Vorlaufleitung mit Ventil, Bypassleitung, Rücklaufleitung
und Edelstahlwellrohr einen kleinen Zirkulationskreislauf bilden,
wird erreicht, dass der Grundofen nach dem Anzünden einer
Holzcharge möglichst rasch auf die für einen optimalen
Brand erforderliche Temperatur kommt. Bevorzugt wird zur Zirkulation eine
Pumpe verwendet.
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Das
3/2 Wege-Ventil bzw. Mischventil kann abhängig von der
erreichten Temperatur im Zirkulationskreislauf geschaltet werden.
Dafür ist ein Temperaturfühler im kleinen Zirkulationskreislauf
in der Vorlaufleitung vorgesehen. Dieser Temperaturfühler kann
auch in Form eines Thermostat-Mischventils in dem Mischventil integriert
sein. Darüber hinaus kann ein Temperaturfühler
in der Brennkammer angeordnet sein, um nach Beginn eines Abbrands
einer Holzcharge in dem Grundofen erst bei Erreichen einer erforderlichen
Mindesttemperatur in der Brennkammer die Zirkulation im kleinen
Zirkulationskreislauf durch Ansteuern der Zirkulationspumpe zu beginnen.
Das 3/2 Wege-Ventil oder Mischventil wird dann erst bei Erreichen
einer Mindesttemperatur in der Vorlaufleitung am Mischventil, beispielsweise
von 40°C auf den großen Zirkulationskreislauf
umgeschaltet.
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Alternativ
zur Zirkulation über einen Pufferspeicher kann der Wärmetauscher
auch direkt in den Rücklauf einer Zentralheizung einspeisen.
Bei dieser Ausgestaltung wird das im Heizkreislauf des Gebäudes
im Rücklauf von den Heizkörpern etc. rücklaufende
Wärmeträgermedium im Wärmetauscher des Grundofens
erwärmt. Das so erwärmte Wärmeträgermedium
gelangt über die Vorlaufleitung vom Wärmetauscher
zum Rücklaufanschluss der Zentralheizung des Gebäudes.
Aufgrund des so vorgewärmten Rücklaufs in die
Zentralheizung wird eine Zuheizung durch die Zentralheizung deutlich
seltener erforderlich sein. Mit dieser Ausgestaltung kann somit
direkt die vom Wärmetauscher aufgenommene Wärme
an das Zentralheizsystem des Gebäudes übertragen werden.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel anhand der beiliegenden Zeichnung
detailliert beschrieben.
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Darin
zeigt:
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1 in
einer schematischen Ansicht eine erfindungsgemäße
Grundofenanordnung.
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1 zeigt
eine Anordnung von einem Grundofen 1, einem am Grundofen 1 angeordneten Wärmetauscher 2 und
einem Pufferspeicher 3.
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Der
Grundofen
1 weist eine mit einer öffenbaren Ofentür
12 versehene
Brennkammer
11 auf. Die Brennkammer
11 hat Seitenwände
13 und
eine Rückwand
14. Oberhalb der Brennkammer
11 ist
ein Heizgaszug
15 angeordnet. Der Heizgaszug
15 besteht
im hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus vier Zugmodulen,
die ebenfalls wie die Brennkammer
11 aus Stahlblech aufgebaut
sind. Die jeweiligen Zugmodule des Heizgaszuges
15 sind
untereinander und auf der Brennkammer
11 mittels rauchgasdicht verbindbaren
Flanschen zur Leitung und Führung der Verbrennungsgase
ausgestattet, wie dies aus der
EP 1 431 666 B1 des Anmelders bekannt ist.
Abschließend werden die Rauchgase von einem Rauchgasstutzen
16 am
oberen Ende des Heizgaszuges
15 in einen nicht dargestellten
Schornstein abgeführt. Um diesen Aufbau der Brennkammer
11 und
der den Heizgaszug
15 bildenden Zugmodule wird dann beabstandet
zu diesen eine Wärmespeicherschicht aus Specksteinen, Schamotte
oder ähnlichem gesetzt. Dabei bildet sich ein Zwischenraum
zwischen einerseits der Brennkammer
11 und den den Heizgaszug
15 bildenden
Zugmodulen und andererseits der aus den Speck- oder Schamottesteinen
gebildeten Außenhülle. Dieser Zwischenraum beinhaltet
eine stehende Luftschicht und bietet ausreichend Platz für den
Wärmetauscher.
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Der
Wärmetauscher 2 besteht aus einem Edelstahlwellrohr 21 großer
Länge (beispielsweise 75 m), das schleifenartig oder meandrierend
den Grundofen 1 umschließend an diesem angeordnet ist.
Zur Fixierung und Verbesserung der Wärmeleitung ist ein
Traggerüst 22 an den Seitenwänden 13 und
Rückwand 14 der Brennkammer 11 sowie
den Wandungen 17 des Heizgaszuges 15 angeordnet. Zwischen
dem Traggerüst 22 einerseits und den Seitenwänden 13, Rückwand 14 sowie
den Wandungen 17 andererseits ist bevorzugt eine Edelstahlwollmatte
eingelegt. Die Edelstahlwollmatte erhöht den thermischen
Kontakt zwischen den Seitenwänden 13, Rückwand 14 und
Wandungen 17 des Grundofens mit dem Traggerüst 22 und
verhindert unerwünschte Geräuschübertragungen
zwischen dem Wärmetauschersystem und dem Grundofensystem.
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Das
Traggerüst 22 ist aus Metall gebildet und weist
an die Seitenwände 13, Rückwand 14 und/oder Wandungen 17 befestigbare
Laschen und für das Edelstahlwellrohr 21 passende
Halterungen auf. Die Laschen sind beispielsweise an den Außenwänden der
aus Stahlblech gefertigten Zugmodule und Brennkammer angeheftet.
In die Halterungen des Traggerüstes 22 ist das
Edelstahlwellrohr 21 wärmeleitend eingesetzt und
somit am Grundofen 1 fixiert. Am stromaufwärtigen
Ende des Edelstahlwellrohres 21 ist ein Rücklaufanschluss 23 sowie
am stromabwärtigen Ende des Edelstahlwellrohres 21 ein
Vorlaufanschluss 24 angeordnet.
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Der
Pufferspeicher 3 dient zur Wärmespeicherung zur
bedarfsweisen Abforderung von Heizwasser für die Raumbeheizung
eines Gebäudes und/oder für die Warmwasserversorgung.
Der Pufferspeicher 3 wird über eine Vorlaufleitung 31,
die den Vorlaufanschluss 24 des Wärmetauschers 2 mit
einem oberen Einlass am Pufferspeicher 3 verbindet sowie
mit einer Rücklaufleitung 32, die den unteren Auslass
des Pufferspeichers 3 mit dem Rücklaufanschluss 23 des
Wärmetauschers 2 verbindet, zu einem großen
Zirkulationskreislauf 30 verbunden. In diesem Kreislauf
wird bevorzugt Wasser als Wärmeträgermedium verwendet
und über eine Pumpe 35, hier in der Vorlaufleitung 31 angeordnet,
zirkuliert.
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Ferner
ist nahe dem Wärmetauscher 2 eine Bypassleitung 33 zwischen
Vorlaufleitung 31 und Rücklaufleitung 32 über
einen 3-Wege-Mischer 34 angeschlossen. Während
der Anheizphase des Grundofens 1 kann somit das im Wärmetauscher 2 befindliche
Wärmeträgermedium über einen kleinen Zirkulationskreislauf 37 über
die Bypassleitung 33 am Pufferspeicher 3 vorbeigeführt
werden. Entsprechend wird schneller die gewünschte Betriebstemperatur
des Grundofens 1 erreicht.
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Darüber
hinaus ist in der Brennkammer 11 bzw. im Heizgaszug 15 ein
Brennkammertemperatursensor 18 angeordnet, der die erreichte
Temperatur in der Brennkammer bzw. im Heizgaszug misst, sowie ein
Vorlauftemperatursensor 36 in der Vorlaufleitung 31 angeordnet.
Die Temperatursensoren 18 und 36 sind mit einer
Steuerung für die Pumpe 35 derart wirkverbunden,
dass bei Betriebsbeginn, also Anzünden einer Holzcharge
in der Brennkammer 11 des Grundofens 1 zunächst
die Pumpe 35 nicht angesteuert wird. Zunächst
wartet die Steuerung ab, bis der Brennkammertemperatursensor 18 eine
vorgebbare Mindesttemperatur, beispielsweise 100°C erreicht
hat. Damit wird erreicht, dass die Brennraumtemperatur in der Brennkammer 11 nach
Zünden des Feuers möglichst rasch auf die gewünschte
Betriebstemperatur für eine möglichst vollständige
Verbrennung kommt.
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Bei Überschreiten
der Grenztemperatur am Brennkammertemperatursensor 18 wird
dann die Pumpe 35 angesteuert und die Zirkulation des Wärmeträgermediums
im kleinen Zirkulationskreislauf 37 über das 3-Wege-Mischventil 34 und
Bypassleitung 33 beginnt. Gleichzeitig wird die Temperatur
am Vorlauftemperatursensor 36 überwacht und bei Überschreiten
einer weiteren Grenztemperatur, beispielsweise 40°C bis
50°C, das 3-Wege-Mischventil 34 soweit verstellt,
dass zunächst ein Teilstrom und später der gesamte
Zirkulationsstrom über den großen Zirkulationskreislauf 30,
also über den Pufferspeicher 3 läuft.
Dabei kann der Vorlauftemperatursensor 36 auch in dem Mischventil 34,
beispielsweise als Thermostat-Mischventil integriert sein. In diesem
Zustand wird somit der Pufferspeicher 3 mit über
dem Wärmetauscher 2 abgenommenen Wärme
aus dem Grundofen 1 erwärmt. Diese Wärmeenergie
aus dem Pufferspeicher steht nun für die Gebäudeheizung oder
den Warmwasserverbrauch zur Verfügung.
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- 1
- Grundofen
- 11
- Brennkammer
- 12
- Ofentür
- 13
- Seitenwand
- 14
- Rückwand
- 15
- Heizgaszug
- 16
- Rauchgasstutzen
- 17
- Wandung
- 18
- Brennkammertemperatursensor
- 2
- Wärmetauscher
- 21
- Edelstahlwellrohr
- 22
- Traggerüst,
Haltemittel
- 23
- Rücklaufanschluss
- 24
- Vorlaufanschluss
- 3
- Pufferspeicher
- 30
- großer
Zirkulationskreislauf
- 31
- Vorlaufleitung
- 32
- Rücklaufleitung
- 33
- Bypassleitung
- 34
- 3-Wege-Mischer
- 35
- Pumpe
- 36
- Vorlauftemperatursensor
- 37
- kleiner
Zirkulationskreislauf
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 202005012591 [0002]
- - DE 10340232 A1 [0003]
- - DE 3001179 A1 [0004]
- - DE 20218082 U1 [0005]
- - GB 2076144 A [0006]
- - GB 241712 [0006]
- - DE 2926277 A1 [0006]
- - EP 1431666 B1 [0020]