DE202009013660U1

DE202009013660U1 - Wärmespeicherelement

Info

Publication number: DE202009013660U1
Application number: DE200920013660
Authority: DE
Original assignee: HOLZMANN ARNDT
Current assignee: HOLZMANN, ADELHEID, DE
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2010-02-18
Anticipated expiration: 2019-10-31

Abstract

Wärmespeicherelement für den Einsatz in einer Brennkammer in einem stationären oder mobilen Heizgerät mit einem Brenner, der in der Brennkammer endet und über eine Düse eine Flamme mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff speist, welches Speicherelement in Längsrichtung mindestens ein Durchgangsloch mit rundem, ovalem oder polygonalem Querschnitt aufweist, aus einem wärmebeständigen Werkstoff besteht und mindestens zu einer Mantelwand der Brennkammer einen Abstand aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens das dem Brenner nächstliegende Wärmespeicherelement (1) mindestens an der Oberfläche, die der Flamme am nächsten liegt oder auf die die Flamme trifft, mindestens partiell mit einer Beschichtun (22) oder einem Element aus einem keramischen Werkstoff versehen ist, dessen Wärmeleitfähigkeit geringer ist als die des Materials, aus dem das Wärmespeicherelement (1) besteht, oder dass im Abstand zur Oberfläche mindestens partiell ein Wärmeableitelement vor mindestens dem ersten Wärmespeicherelement (1) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmespeicherelement mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Ein Wärmespeicherelement der gattungsgemäßen Art ist aus der DE 20 2005 015 992 U1 bekannt. Aus dieser Schrift ist ebenfalls bekannt, dass der Wärmespeicher aus Porzellan, Keramik, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Serpentin oder Speckstein oder aus Edelstahl oder einem anderen korrosionsbeständigen Material bestehen kann.
Es hat sich gezeigt, dass bei kaskadierter Anordnung von Wärmespeicherelementen in einer Brennkammer keine gleichmäßige Wärmeverteilung zwischen dem dem Flammkegel am nächsten liegenden Wärmespeicherelement und dem entferntesten gegeben ist. Ferner ist eine schnelle Aufheizung des vorderen Teils des ersten Wärmespeicherelementes gegeben, während der hintere Teil sich erst langsam erwärmt. Dies gilt für die dahinter aufgestellten Wärmespeicherelemente der Kaskade gleichermaßen. Die Wärmespeicherelemente dehnen sich bei der Erwärmung aus und ziehen sich bei der Abkühlung wieder zusammen. Dies führt zu Materialspannungen. Besteht das Wärmespeicherelement beispielsweise aus keramischen Werkstoffen, so kann dies bei den Wechselbelastungen zu Rissen in der Materialwand führen. Um die angegebene Problematik zu beheben, ist in der DE 20 2007 016 090 U1 und in der DE 20 2007 003 438 U1 angegeben, die Wärmespeicherelemente obenseitig in der Lochwand mit einem in Längsrichtung verlaufenden Spalt zu versehen. Dieser Spalt ist senkrecht zur Längsachse des Wärmespeicherelementes und/oder zur Brennkammerlängsachse und durchgehend verlaufend in die Lochwand eingebracht. Der Spalt hat den Vorteil, dass die Ausdehnungen ausgeglichen werden und damit eine spannungsbedingte Rissbildung auch bei Wärmespeicherelementen aus keramischen Werkstoffen nicht mehr gegeben ist.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass durch die Einbringung des Spaltes auch eine günstige Verwirbelung des Heizgasstromes innerhalb der Brennkammer gegeben ist, die dazu führt, dass auch bei kaskadierter Anordnung von Wärmespeicherelementen die weiter hinten angeordneten ebenfalls ausreichend Wärme speichern, um diese in der abgeschalteten Brennerphase an die Wand der Brennkammer und an den Kessel abgeben zu können. Der Vorteil derartiger Wärmespeicherelemente liegt darin, dass neben dem Kesselwasser auch die Wärmespeicherelemente als Festkörperwärmespeicher die Wärme speichern und diese gespeicherte Wärme während der Brennerunterbrechung an die Stahlwände der Brennkammer und des Kessels abgegeben wird, wodurch die Unterbrechungen zwischen den Brennzyklen wesentlich verlängert werden können. Dies führt zu einer merklichen Einsparung des verwendeten Brennstoffes. Es hat sich ferner gezeigt, dass durch den Spalt eine derartige Verwirbelung erfolgt, dass über die Spaltflächen auch ein schnelleres Aufheizen der Wärmespeicherelemente gegeben ist.
Die praktische Erfahrung bei der Verwendung von Wärmespeicherelementen in den verschiedensten Ausführungen, insbesondere jene aus Porzellan, Keramik, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid oder Serpentin und Speckstein haben gezeigt, dass bei Dauerbetrieb eines Brennkessels, gleich ob dieser mit Gas oder mit Öl befeuert wird, es dennoch zu Haarrissbildungen in der Wand des Wärmespeicherelementes kommen kann, insbesondere bei den Wärmespeicherelementen, die dem Flammkegel unmittelbar ausgesetzt sind, da sie frontseitig wesentlich stärker und schneller aufwärmen als rückseitig. Des Weiteren hat sich gezeigt, dass bei jenen Wärmespeicherelementen, die vorderseitig eine große trichterförmige Öffnung am Durchgangsloch und rückseitig eine gegenläufige kleinere trichterförmige Öffnung aufweisen und/oder eine gerade Struktur oder eine gerade Verbindungsstruktur zwischen den beiden Trichtern aufweisen, eine optimale Wärmeverteilung beim Aufheizen durch den Flammkegel, der die Öffnungen der in Kaskade hintereinander liegenden Wärmespeicherelemente durchdringt bzw. dessen heißer Gasstrom diese durchdringt und sie unterschiedlich viel Energie speichern und unterschiedlichen thermischen Wechselbelastungen unterliegen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das Speicherverhalten der Wärmespeicherelemente zu verbessern und für eine gleichmäßigere Erwärmung der einzelnen Wärmespeicherelemente Sorge zu tragen, um Rissbildungen auch bei direktem Auftreffen von Flammkegel auf ein Wärmespeicherelement zu vermeiden.
Die Aufgabe löst die Erfindung durch Ausgestaltung des Wärmespeicherelementes entsprechend der Lehre des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen im Detail angegeben, eine weitere Verwendung im Anspruch 42.
Unter dem Begriff „Beschichtung” versteht die Erfindung jede Art eines Auftrages in flüssiger oder in plattenförmiger, folienartiger Form, sowie fest ausgeformte Elemente, die Flächen des Wärmespeicherelementes bedecken. Diese Elemente können ebenfalls z. B. durch Kleben aufgebracht sein.
Wärmespeicherelemente aus Porzellan, Keramik, Steingut, Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd, aus Serpentin oder Speck stein oder auch aus Schamotte bestehend haben den Nachteil, dass durch die wechselnde Wärme-/Kältebelastung bei einer Verwendung als Speicherelement in einer Brennkammer eines öl- oder gasbefeuerten Heizkessels sich Haarrisse bilden können. Dies kann auf Dauer sogar zu einem Zerfall der Wärmespeicherelemente führen, wenn die thermischen Belastungen außerordentlich hoch sind. Selbst bei Wärmespeicherelementen mit einem Spalt zur Vermeidung von inneren Spannungen durch die Wechselwärmebelastung können Haarrisse in den Lochwandungen nicht gänzlich verhindert werden. Untersuchungen haben gezeigt, dass dies insbesondere darauf zurückzuführen ist, dass der Flammkegel direkt mindestens auf die Oberfläche des ersten Elementes auftrifft und die Wärme von diesem Wärmeelement primär zunächst von der Oberfläche der Vorderseite einschließlich des kegelstumpfförmigen Durchgangsloches aufgenommen wird, so dass beispielsweise das erste Drittel bereits heiß ist, bevor die restlichen zwei Drittel der Masse des Wärmespeicherelementes die Wärme zu speichern beginnen. Dieses Problem ist nicht nur dann gegeben, wenn nur ein einziges Wärmespeicherelement in die Brennkammer eingesetzt wird, sondern auch dann, wenn mehrere in Kaskade hintereinander eingestellt werden. Der heiße Heizgasstrom tritt durch die Durchtrittsöffnung des ersten Elementes hindurch und in die Durchtrittsöffnung des weiteren Elementes ein. Auch hier sind die gleichen Wärmeaufnahmeeigenschaften gegeben, so dass der Stein zunächst im vorderen Bereich aufheizt, während der hintere Bereich noch relativ kühl ist. Dies lässt sich von Stein zu Stein so fortsetzen.
Bei Verwendung von Edelstahleinsätzen, die keinen Längsschlitz in der Lochwandung aufweisen, sind die Rissprobleme zwar nicht gegeben, gleichwohl ist aber auch hier eine starke Erwärmung im ersten Drittel des jeweiligen Wärmespeicherelementes gegeben, während das zweite Drittel sich langsamer erwärmt.
Um in beiden Fällen eine gleichmäßigere Erwärmung und damit auch eine spannungsfreiere Erwärmung des Wärmespeicherelementes zu erreichen, sieht die Erfindung vor, dass mindestens das dem Brenner nächstliegende Wärmespeicherelement mindestens an der Oberfläche, die der Flamme am nächsten liegt oder auf die die Flamme trifft, mindestens partiell mit einer Beschichtung aus einem keramischen Werkstoff versehen ist, dessen Wärmeleitfähigkeit geringer ist als die des Materials, aus dem das Wärmespeicherelement besteht. Wenn die Flamme oder das heiße Verbrennungsgas auf diese Beschichtung trifft, so wird die Wärme nicht sofort in den Speicherkörper eingeleitet, sondern zurückgehalten, so dass eine Erwärmung praktisch von hinten über das Durchgangsloch oder die Seitenflächen, die weniger oder nicht beschichtet sind, erfolgt. Die Beschichtung kann dabei so vorgesehen sein, dass das gesamte Wärmespeicherelement gleichmäßig aufwärmt, wodurch die beschriebenen Spannungen vermieden werden. Die Beschichtungsfläche und die -dichte hängen dabei von der Bauausführung der Wärmespeicherelemente, des Durchbruches für das heiße Rauchgas bzw. für den Flammkegel und von den verwendeten Materialien ab, aus denen die Wärmespeicherelemente gefertigt sind. Auch kann auf der Rückseite im Bedarfsfall eine dünne Schicht des keramischen Werkstoffes aufgebracht werden, um beispielsweise durch den Heißgasstau zwischen zwei benachbarten Wärmespeicherelementen eine zu starke Aufhitzung von der Seite her zu vermeiden bzw. einen langsameren Übergang zu ermöglichen. Die Beschichtung kann z. B. eine Stärke von ca. 0,5 mm bis ca. 8 mm aufweisen.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Wärmespeicherelemente hat zudem den Vorteil, dass beim Einschalten eines Brenners die hochtemperierten Gase zunächst durch alle Wärmespeicherelemente hindurchtreten und eine höhere Wärmeabgabe an die Wand des Brennraumes des Heizungskessels erfolgt, während in Folge der schlechteren Leitfähigkeit der Wärmespeicherelemente eine langsamere Erwärmung der Seiten erfolgt. Der aus dem letzten Wärmespeicherelement austretende Gasstrom ist in der Temperatur reduziert, wenn die maximale Wärmeleitfähigkeit an den Übergangsflächen aller Teile, Spaltflächen und dergleichen in den Wärmespeicherelementen erreicht wird.
Die Beschichtung kann aus Keramikfaserpapier bestehen, das aus reinen Keramikfasern gefertigt ist, und beispielsweise mittels eines Glasklebers aufgebracht sein. Die aufgebrachte Schicht kann aber auch ein Härter aus dünnflüssigen, anorganischen Lösungen bzw. Kolloiden sein, welcher Härter als Wärmeisolator aufgebracht wird. Dieser Härter dringt in die Poren der benetzten Oberflächen des Wärmespeicherelementes ein und bietet so ein Hitzeschild. Als Lösung kommen beispielsweise AL₂O₃, SIO₂ oder Na₂O in Betracht.
Die Beschichtung kann auch aus einer Viskosesuspension, beispielsweise aus AL₂O₃, SIO₂, ZrO₂, BaO und weiteren keramischen Stoffen bestehen. Als Beschichtungsmittel kann auch ein Faserschaum aus pastösem Keramikschaum, insbesondere Aluminiumsilikatfasern, Aluminiumoxydfasern und Füllstoffen und organischen sowie anorganischen Bindemitteln, verwendet werden, das durch Spachteln aufgetragen wird. Weiterhin kann die Schicht aus einer pastösen Mischung aus Keramikfasern und/oder Aluminiumsilikatfasern und/oder Aluminiumoxydfasern, Füllstoffen und anorganischen sowie organischen Bindemitteln bestehen. Auch diese Masse wird mit einem Spachtel, beispielsweise mit einer Rakel, aufgebracht. Ebenso ist es aber auch möglich, die Massen durch Tauchen aufzubringen.
Die Schichtdicke bestimmt die Wirkungsweise ebenfalls wesentlich mit. Je dicker die Schicht ist, desto geringer ist die Erwärmung durch die Schicht hindurch. Hier muss eine Anpassung an die Bauform des Wärmespeicherelementes erfolgen, um die gewünschte Wirkung zu erzielen. Dies gilt auch bezüglich der Anbringung der Beschichtung, die nicht nur auf den vorstehenden Oberflächen, sondern auch auf der Oberfläche des eingearbeiteten Durchgangsloches, ebenso an den Seitenflächen und/oder an den rückseitigen Flächen oder gar in dem Längsspalt bei einer Ausführung des Wärmespeicherelementes mit einem senkrechten oder radialen Spalt in der Durchbruchswand vorgesehen sein muss. Die Beschichtung kann aber auch aus einer keramischen Folie bestehen, die aufgeklebt wird oder durch Wärmeeintrag mit den Poren des Wärmespeicherelementes sich verbindet.
Die Erfindung ist auf jede Form des Wärmespeicherelementes anwendbar, sie ist also formunabhängig. Die Beschichtungsart und die Optimierung können spezifisch auf eine Brennkammer ausgerichtet sein und auf die Leistungsaufnahme einer Heizungsanlage. Es hat sich gezeigt, dass außerdem das Strömungsverhalten durch die Durchgangsbohrungen mehrerer hintereinander angereihter Wärmespeicherelemente derart beeinflussbar ist, dass ein gleichmäßiger Wärmeaustausch zwischen den einzelnen Wärmespeicherelementen erfolgt, wenn zusätzlich die Durchtrittsströmungsgeschwindigkeit durch die einzelnen Durchgangsbohrungen entsprechend angepasst wird.
Wenn eine Oberflächenanpassung des als Beschichtung aufzubringenden Elementes erforderlich ist, wird ein plattenförmiges Fasermaterial vorzugsweise eingesetzt, das der Oberfläche des Wärmespeicherelementes angepasst dreidimensional ausgeformt ist und dann aufgeklebt wird. Die Ausformung kann dabei auch partiell erfolgen, so dass in gewünschter Weise nur einzelne Teilflächen belegt sind. Die dreidimensionale Ausformung kann auch bei den Wärmeableitelementen vorgesehen sein, um in gewünschter Weise die Wärme von dem dahinter liegenden Wärmespeicherelement mindestens teilweise abzulenken. Auch hierfür eignet sich verformbares Plattenmaterial aus Keramikfasern, das nach dem Formpressen entsprechend zugeschnitten wird.
Wenn trichterförmige Durchgangsbohrungen gegenläufig in ein Wärmespeicherelement eingebracht sind, wobei ein trichterförmiges Loch an einer Seite vorgesehen ist und ein gegenläufiges von der anderen Seite sich einfügt bzw. über ein zylinderförmiges Loch diese miteinander verbunden sind, so kann durch Umstellen der Wärmespeicherelemente, also durch Drehung um 180° um die senkrechte Achse erreicht werden, dass einem kleineren Austrittsloch ein größeres Einführungsloch folgt oder aber dem kleineren Austrittsloch ein kleineres oder gleichgroßes oder nur etwas größeres Loch im nächstfolgenden Wärmespeicherelement folgt.
Es ist ersichtlich, dass bei baugleicher Ausführung beispielsweise von vier hintereinander angeordneten Wärmespeicherelementen gleicher Bauart durch Drehung einzelner Elemente die Strömungsgeschwindigkeit des heißen Gasstromes durch die einzelnen Durchtrittslöcher der Wärmespeicherelemente von Element zu Element veränderbar ist und damit ebenfalls eine gewünschte Wärmeverteilung des Heißgasstromes auf die einzelnen Wärmespeicherelemente möglich ist. Hierdurch wird insbesondere erreicht, dass die Druckverluste zwischen den einzelnen Wärmespeicherelementen gering bleiben. Es wird quasi eine Druckrückgewinnung bei gering bleibendem Druckverlust erzielt. Dies hängt von der Ausführung des Einlaufs- und des Ausgangskonusses der Durchgangslöcher sowie vom gewählten Abstand der Wärmespeicherelemente untereinander ab. Entsprechend der Bernoulli-Gleichung folgt der Massedurchfluss durch den Wärmespeicher in einer Quadratwurzelbeziehung zwischen dem Differenzdruck und der Dichte. Im Gegensatz zu anderen Wirkdruckgebern sind ein gerader Einlauf und nur eine kurze gerade Auslauflänge notwendig. In konkreter Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, dass mindestens das Durchgangsloch sich vorderseitig in einem bestimmten Tiefenabschnitt in Verbrennungsgasströmungsrichtung zur Vergrößerung der aktiven Wärmeaufnahmefläche und zur anderen Seite des Wärmespeicherelementes hin verjüngt und dass rückseitig ein Loch sich an das vordere anschließt, das sich nach hinten konisch vergrößert, wobei die Tiefe des rückseitigen Loches und die Weite kleiner sind als die des Teilloches auf der Gaseintrittsseite.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Wärmespeicherelemente in Verbindung mit der vorgesehenen Beschichtung sind in den Unteransprüchen im Detail angegeben sowie ein vorteilhafter, kaskadenförmiger Aufbau. Die Dimensionierung der Steine hängt immer von der Größe der Brennkammer ab. Je größer die Brennkammer ist, desto größer werden auch die hier zum Einsatz kommenden Speicherelemente.
Alternativ sieht die Erfindung ferner vor, dass im Abstand zur Oberfläche mindestens partiell ein flächenförmiges Wärmeableitelement vor mindestens dem ersten Wärmespeicherelement angeordnet ist. Wenn nur ein einzelnes Wärmespeicherelement zum Einsatz kommt, versteht es sich von selbst, dass dann dieses einzige das erste Wärmespeicherelement ist. Das Wärmeableitelement kann beispielsweise aus einer dünnwandigen, hitzebeständigen Keramik bestehen, die mittels Abstandshalter vor das Wärmespeicherelement gesetzt ist. Der Abstandshalter kann beispielsweise durch eine Nut in dem Trägerelement gebildet sein. Die Abstandshalter können aber auch Ansätze sein, die aus gleichem hitzebeständigen Material bestehen und beispielsweise mit Kleber der oben beschriebenen Art angeklebt sein können. Die Klebung erfolgt dabei sowohl am Wärmespeicherelement als auch am Wärmeableitelement. Das Wärmeableitelement bedeckt dabei beispielsweise mindestens die Oberfläche des Wärmespeicherelementes, nicht jedoch das Durchgangsloch, und verhindert ein direktes Auftreffen der Flamme auf die Oberfläche des Wärmespeicherelementes. Auch hierdurch kann erreicht werden, dass die Vorderseite nicht zu schnell erwärmt wird. Eine solche vorgesetzte Wärmeableitkeramik kann auch so ausgebildet sein, dass eine Flammbündelung erfolgt, also ein trichterförmiger Einsatz vorgesehen ist, um die Flamme durch die in Reihe angeordneten Durchbrüche besser leiten zu können. Die Anordnung und die Ausbildung der Wärmeableitelemente hängen auch jeweils von der Bauart der Brennkammer und der Wärmespeicherelemente ab.
Der zum Ausgleich von Materialspannung vorgesehene Spalt in dem Wärmespeicherelement kann in die Lochwandung senkrecht oder in einem zur Längsachse schräg verlaufenden Winkel eingebracht sein. Um die aktive Fläche im Spalt zu vergrößern, kann der Spalt in Längsrichtung oder auch in radialer Richtung Wellenform oder Stufenform aufweisen. Es können auch zickzackförmige Verläufe eingebracht werden, die nicht nur die aktive Fläche des Spaltes vergrößern, sondern auch Verwirbelungskanten innerhalb des Spaltes bilden. Die Effizienz der Wärmeaufnahme wird darüber hinaus begünstigt, wenn das Durchgangsloch so ausgebildet ist, dass große Auftreffflächen für den Heißgasstrom, erzeugt durch den Flammkegel, gegeben sind. Dies ist auf einfache Weise realisierbar durch eine trichterförmige Ausbildung des Durchgangsloches in Strömungsrichtung und durch eine umgekehrte geringfügige Aufweitung auf der anderen Seite, wodurch zusätzlich Verwirbelungskanten entstehen, die insbesondere auch die nachfolgenden Wärmespeicherelemente in der Aufheizung begünstigen. Die Durchgangslöcher können dabei unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen. Auch können die Flächen in sich in den Innenraum gewölbt ausgeführt sein. Die zum Flammkegel gerichtete Stirnfläche des ersten Speicherelementes sollte eine solche Größe aufweisen und in einem solchen Abstand zur Düse des Brenners angeordnet sein, dass der Flammkegel auf die Lochwand und/oder die Stirnfläche des Wärmespeichers trifft.
Das gleiche Prinzip kann auch angewendet werden, wenn mehrere Durchgangslöcher eingebracht sind. In einem solchen Fall empfiehlt es sich, mehrere Spalten einzubringen, die jeweils die obere Lochwand durchtrennen. Bei entsprechender Anordnung der Durchgangslöcher kann da durch eine kammartige Segmentierung im oberen Bereich der Wand des Speicherelementes gegeben sein.
Die Wärmespeicherelemente nach der Erfindung werden entweder auf dem Boden der Brennkammer aufgestellt oder an darin befestigten Trägerelementen fixiert oder sind bei kaskadierter Anordnung miteinander über Längsbolzen verbunden. Hierdurch sind eine einfache Montage und Demontage bzw. ein einfacher Austausch gegeben. Wenn die Verschließklappe der Brennkammer, an der der Brenner befestigt ist, geöffnet wird, sind die Wärmespeicherelemente zugänglich.
Die Wärmespeicherelemente können beispielsweise eine Dicke von ca. 40 mm bis 120 mm aufweisen. Sie können darüber hinaus auch unterschiedliche Durchgangslöcher aufweisen, was in der DE 20 2005 015 992 U1 dargestellt ist.
Der Spalt, der in Längsrichtung die Lochwand durchtrennt, kann senkrecht oder in einem bestimmten spitzen Winkel zur Senkrechten in die Lochwand eingebracht sein. Es ist aber auch möglich, den Spalt gegenüber der Längsachse des Wärmespeicherelementes und/oder der Brennkammer in einem Winkel einzubringen, wodurch eine seitliche Ablenkung des Heißgasstromes in dem Spalt gegeben ist. Die Breite des Spaltes ist an die Größe des Wärmespeicherelementes und der Brennkammer anzupassen.
Der Heißgasstrom kann auf einfache Weise in Drehung versetzt werden, um die Verwirbelung zu erhöhen, indem Rippen, Nuten oder Noppen in die Lochwände eingebracht werden, und zwar an den Innenseiten. Diese Nuten oder Rippen können geradlinig oder in Längsrichtung gebogen bzw. drallförmig vorgesehen sein. Die Längen der Nuten oder Rippen können der Lochwandtiefe entsprechen, sie können aber auch kürzer ausgebildet und versetzt auf Umfangsbahnen angebracht sein. Es hat sich gezeigt, dass dadurch eine höhere Verwirbelung entsteht und damit bei der kaskadierten Ausführung die weiter hinter liegenden Wärmespeicherelemente stärker aufgeheizt werden.
Damit die mit dem obenseitigen Spalt versehenen Wärmespeicherelemente im aufgeheiztem Zustand untenseitig nicht auseinanderbrechen können, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Speicherelement derart in der Brennkammer gelagert ist, dass die beiden Hälften des Wärmespeicherelementes außerhalb der Schwerpunktachsen der Hälften abgestützt sind. Durch diese Lagerung ist gewährleistet, dass auch dann, wenn das Wärmespeicherelement durch Überhitzen in einen zähflüssigen Zustand übergeht, nicht auseinanderfallen kann sondern die Hälften sich bestenfalls aufeinander zu bewegen, wodurch zwar die Spaltweite als solche kleiner wird, aber dennoch die gewünschte Dehnungsfuge gegeben ist.
Die Abstützung kann auf verschiedenste Weise realisiert werden. Das Wärmespeicherelement kann z. B. auf ein auf den Boden der Brennkammer aufgestelltes Trägerelement aufgesetzt sein. Bei entsprechender Länge des Trägerelementes können mehrere Wärmespeicherelemente auch in Kaskade aufgestellt sein. Das Trägerelement sollte mindestens zwei beabstandet zueinander angeordnete Stützwandelemente seitlich außerhalb der Schwerpunktachsen der Hälften aufweisen, die obenseitig mit Lagerflächen versehen sind, auf die das Wärmespeicherelement mit untenseitigen Standflächen aufsetzbar ist.
Es können aber auch am Wärmespeicherelement an der Unterseite vorstehende Stützpunkte, Wölbungen oder Stützflächen vorgesehen sein, die seitlich außerhalb der Schwerpunktachse der jeweiligen Hälften des Wärmespeicherelementes liegen. Mit diesen kann das Wärmespeicherelement auch direkt auf den Boden der Brennkammer aufgestellt werden. Ebenfalls ist es auch möglich, mit dieser Anordnung die Wärmespeicherelemente auf ein Trägerelement aufzusetzen, das ebenfalls aus keramischem Werkstoff gefer tigt sein kann. Auch kann ein solches Trägerelement aus Stahl oder Edelstahl bestehen.
Um eine besonders einfache Montage und eine stetige Zentrierung zu gewährleisten, können die Wärmespeicherelemente auch an der Unterseite zwei, unten mittig aufeinanderzu laufende, einen stumpfen Winkel bildende Schrägflächen aufweisen, mit denen das Wärmespeicherelement auf ein Trägerelement mit gleichverlaufenden Lagerflächen oder auf Stützwandelemente oder Stützpunkte aufstellbar ist. Die Schrägflächen können auch in eine untenseitige gerade Stützfläche übergehen. Bei der Montage wird z. B. ein Trägerelement auf den Boden der Brennkammer aufgelegt und die einzelnen Wärmespeicherelemente in Kaskade auf das Trägerelement aufgesetzt. Dabei richten sie sich durch die Schrägflächen automatisch aus. Durch Trennwände zwischen den einzelnen Lagerabschnitten können kammerartige Lagerausnehmungen entstehen, die auch eine Distanz zum nächstfolgenden Wärmespeicherelement jeweils definieren. Das Trägerelement sollte, um unterschiedliche Bodenverhältnisse der Brennkammern auszugleichen, nach unten vorstehende Lagerleisten seitlich aufweisen. Des Weiteren hat es sich als zweckmäßig erwiesen, das Trägerelement aus einem solchen keramischen Werkstoff herzustellen, der eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit aufweist, um den Boden durch den direkten Kontakt nicht übermäßig aufzuwärmen. Das Trägerelement kann zu diesem Zweck aber auch mehrschichtig ausgebildet sein, z. B. aus einer oberen Schicht bestehen, die noch wärmeleitfähiger ist als eine darunter befindliche Schicht keramischen Werkstoffs, um die Wärmeübertragung auf den Boden zu reduzieren.
Um eine hohe Wärmespeicherung zu ermöglichen, können die Wärmespeicherelemente auch untenseitig bauchiger ausgeführt sein, so dass bei Anbringung eines mit der Flamme fluchtenden Durchgangs dieser praktisch exzentrisch angeordnet ist und die Spaltwanddicke wesentlich geringer ist als die untenseitige Verbindungsbrücke des Materials. An stelle von V-förmigen Verläufen der unteren Stellfläche kann auch eine unten gerade Aufstellfläche vorgesehen sein oder eine gebogene und sich seitlich daran Schrägflächen anschließen, die auf entsprechenden Schrägflächen der Trägerelemente aufliegen.
Das mit seitlichen Aufstellleisten versehene Trägerelement kann aber auch auf ein Zwischenlagerelement aufgesetzt werden, das auf dem Boden einer Brennkammer aufliegt. Dieses Lagerelement kann einschichtig oder mehrschichtig ausgeführt sein. Die Wärmeleitfähigkeit sollte jedoch schlechter sein als die des Trägerelementes, um eine Überhitzung des Bodens zu vermeiden. Die Zwischenlagerelemente wirken gewissermaßen als Isolierschicht. Normalerweise sind die Zwischenlagerelemente rechteckförmig ausgebildet und bestehen aus keramischem Werkstoff. Das aufgesetzte Trägerelement übergreift seitlich mit den Aufstellleisten diesen Körper und ist gegen seitliches Verschieben gesichert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele ergänzend erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
1 in schematischer Darstellung ein Heizgerät mit geöffneter Brennkammer und eingesetzten Wärmespeicherelementen in der Frontansicht,
2 das in 1 gezeichnete Heizgerät in der schematischen Seitenansicht,
3 ein Wärmespeicherelement aus keramischem Werkstoff mit eingebrachtem Spalt,
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel in Form einer Ausführungszeichnung mit Bemaßung, bei dem die Wärmespeicherelemente auf einen Träger aufgestellt sind,
5 das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel in perspektivischer Anordnung mit mehreren, in Kaskade angeordneten Wärmespeicherelementen,
6 ein weiteres Beispiel eines Wärmespeicherelementes mit bauchigen seitlichen Ausprägungen, ebenfalls auf einem Trägerelement gelagert und
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung von vier in Kaskade vorgesehener Wärmespeicherelementen mit trichterförmigen Durchgangslöchern.
In den 1 und 2 ist ein Heizgerät 10 in Form eines Warmwasserheizungskessels dargestellt. Dieser weist eine Brennkammer 5 auf, in der am Boden 2 Trägerelemente 8 angebracht sind. Diese Trägerelemente 8 nehmen Wärmespeicherelemente 1 auf, die, wie aus 2 ersichtlich, in Kaskade angeordnet und gleichförmig ausgebildet sind. Der vom nicht eingezeichneten Brenner erzeugte Heißgasstrom heizt die Wand der Brennkammer auf und strömt aus der Brennkammer in die Rauchgaszüge 9 des Warmwasserkessels, bevor das Rauchgas in den Schornstein geleitet wird. Dabei wird die Wärme an den Kessel und damit an das dadurch strömende Wasser abgegeben. Die Besonderheit liegt nun darin, dass die Wärmespeicherelemente 1, die in diesem Fall in Kaskade angeordnet sind, durch den heißen Brenngasstrom aufgewärmt werden und während der Ausschaltphase des Brenners ihre Wärme an die Wandung der Brennkammer und damit auch an das im Kessel befindliche Wasser abgeben können. Diese Wärmespeicherelemente 1 weisen einen Spalt 3 auf, der eine außerordentlich günstige Verwirbelung des Heißgasstromes bewirkt. Dies hat zur Folge, dass auch die nachfolgenden Wärmespeicherelemente stärker aufgeheizt werden, was zu einer gleichmäßigeren Wärmevertei lung führt. Durch die Verwirbelung und die Wärmeübertragung in den Spaltwänden wird zudem eine schnellere Aufheizung der einzelnen Wärmespeicherelemente erzielt. Durch die kegelstumpfförmige Ausführung des Flächenverlaufes 7 innerhalb des Durchgangsloches 4 in Flammrichtung ist darüber hinaus eine große Wärmeübertragungsfläche gegeben, was ebenfalls die Aufwärmung des Wärmespeicherelementes beschleunigt. Das Durchgangsloch 4 wird, wie aus 2 ersichtlich, an der Rückseite wiederum geweitet, so dass eine Verwirbelungskante 6 entsteht, die den Aufwärmungsprozess des nächstfolgenden Wärmespeicherelementes ebenfalls begünstigt. Um eine schnelle Erwärmung des ersten Speicherelementes beim Einschalten des Brenners zu vermeiden, damit durch die unterschiedliche thermische Belastung innerhalb des Wärmespeicherelementes 1 keine Haarrisse entstehen können, gleich ob das Wärmespeicherelement 1 mit einem Längsschlitz ausgestattet ist oder nicht, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass auf die dem Flammkegel zugewandte Oberfläche mindestens partiell ein Hitzeschild in Form einer Beschichtung 22 aufgebracht ist, die eine wesentlich schlechtere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Material des Speicherelementes selbst. Dadurch wird erreicht, dass die Erwärmung nicht unmittelbar erfolgt, sondern verzögert bzw. über andere Oberflächen des Steines, insbesondere über die der Seiten und der Rückseite. Dieses Prinzip wird später anhand von 7 näher erläutert.
3 zeigt ein Beispiel eines Wärmespeicherelementes 1 aus keramischem Werkstoff mit angeformtem Aufstellfuß, um auf ein Trägerelement (8) innerhalb der Brennkammer aufgeschoben werden zu können. Der Spalt 3 ist auch hier eingebracht und hat zudem den Vorteil, dass Ausdehnungen ausgeglichen werden, so dass das Wärmespeicherelement 1 durch die thermische Belastung nicht reißt bzw. sich keine Risse bilden können. Die Nutzungsdauer eines solchen Wärmespeicherelementes wird dadurch wesentlich erhöht. Das Durchgangsloch 4 weist eine trichterförmige Fläche 7 auf, ebenso an der Rückseite mit einer Verwirbelungskante 6. Die Abbildung zeigt ferner, dass an der Innenwand des Durchgangsloches vorstehende Rippen 11 vorgesehen sind, die aufgrund ihrer Schrägstellung eine Drehung des Heißgasstromes und damit eine stärkere Verwirbelung bewirken. Anstelle solcher Rippen 1 können auch Nuten eingearbeitet sein, die dem gleichen Zweck dienen. Des Weiteren ist die Länge variabel bzw. können auf Umfangsbahnen versetzt solche Anordnungen gleicher Art oder unterschiedlicher Art vorgesehen sein. Des Weiteren sind diese Mittel auch auf der ausgehenden Lochwand, also an der Rückseite, anbringbar. Ferner können die Rippen beispielweise auch durch Noppen oder Noppenreihen ersetzt werden, die zur Erhöhung der Verwirbelung des Heißgasstromes beitragen. Wesentlich ist nun, dass auf die Oberfläche zumindest an der Seite, die dem Flammkegel zugewandt ist, eine Beschichtung 22, beispielsweise eine keramische Folie aufgebracht ist, deren Leitfähigkeit wesentlich schlechter ist als die des verwendeten Materials des Wärmespeicherelementes.
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, das sich von den vorherigen Beispielen dadurch unterscheidet, dass das Wärmespeicherelement 1 auf ein Trägerelement 8 aufgesetzt ist. Dieses Trägerelement 8 weist untenseitig Aufstellleisten 17 auf, mit denen das Trägerelement 8 auf den Boden einer Brennkammer aufstellbar ist. Das Trägerelement 8 besteht aus keramischem Werkstoff und weist an der Oberseite zur Mittenlängsachse schrägverlaufende, einen stumpfen Winkel bildende Lagerflächen 13 auf. Auf diese Lagerflächen 13 greifen angepasste Schrägflächen 12 an der Unterseite des Wärmespeicherelementes 1 auf. Es ist ersichtlich, dass eine automatische Ausrichtung durch die untenseitigen Schrägflächen beim Aufsetzen des Wärmespeicherelementes 1 auf das Trägerelement 8 erfolgt. Um ein seitliches Verschieben bzw. ein Verschieben in der Tiefe des Wärmespeicherelementes 1 zu vermeiden, sind weiterhin Begrenzungswände 18 vorgesehen, die eine kammerförmige Lagerung eines Wärmespeicherelementes 1 ermöglichen. Deutlich zu sehen ist dies aus der perspektivischen Darstellung in 5, in der vier Wärmespeicherelemente 1 in Reihe auf einem Träger angeordnet sind und zwischen den Wärmespeicherelementen 1 am Träger 8 ausgeformte Begrenzungswände 18 vorgesehen sind. Durch die Schrägflächen 12, 13 ist sichergestellt, dass die Lagerung außerhalb der Schwerpunktachse erfolgt, so dass die beiden Hälften des Wärmespeicherelementes auch in einem zähflüssigen Zustand bei Überhitzung nicht auseinander brechen können.
In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, das sich von dem in den 4 und 5 dadurch unterscheidet, dass das Wärmespeicherelement 1 Ausformungen 16 aufweist und damit ein größeres Speichervolumen. Im Übrigen ist die gleiche Lagerung mittels Schrägflächen 12 vorgesehen. Die Abbildung zeigt ferner, dass das Trägerelement 8 aus zwei Materialschichten 14 und 15 bestehen kann, um auf dem Boden einer Brennkammer eine geringere Wärme abzuleiten. Die untere Schicht 15 leitet die Wärme nicht so gut ab wie die obere Schicht, so dass eine Isolation nach unten gegeben ist und es nicht zu Überhitzungen des Bodens der Wärmekammer durch die Wärmespeicherelemente 1 kommen kann.
Das Ausführungsbeispiel in 7 verdeutlicht zum einen die erfindungsgemäße Aufbringung von Beschichtungen auf den Oberflächen der einzelnen Wärmespeicherelemente 1, die hintereinander in einer Brennkammer angeordnet sind. Die Wärmespeicherelemente 1 bestehen beispielsweise aus keramischen Werkstoffen und sind baugleich zu den in 3 dargestellten. Sie weisen jeweils ein Durchgangsloch 4 auf, das eingangsseitig beim ersten Wärmespeicherelement 1 einen kegelstumpfförmigen Flächenverlauf 7 aufweist, und ausgangsseitig einen hinteren Kegelstumpf 21. Die beiden Lochteile sind über ein zylinderförmiges Loch miteinander verbunden, das auch eine Abstufung aufweisen kann, um Verwirbelungen des Gasstromes zu bewirken. Diese Abstufung kann beispielsweise nur wenige Millimeter betragen. Aus der Darstellung ist ferner der Flammkegel 19 ersichtlich, der sich vor dem ersten Wärmespeicherelement 1 aufbaut. Das Wärmespeicherelement 1 ist mit einer Beschichtung 22 nach der Erfindung versehen, und zwar sowohl auf der Oberfläche als auch an der kegelstumpfförmigen Wand des Durchgangsloches 4, und zwar am Eintrittsbereich. Der kleinere, hintere Kegelstumpf 21 des Durchgangsloches 4 an der Austrittsseite ist nicht mit einer Beschichtung versehen, so dass der Wärmeaufbau von hinten nach vorne erfolgt, bei gleichzeitiger Wärmeeinleitung über die ein Hitzeschild bildende Beschichtung.
Das zweite Wärmespeicherelement 1 weist nur noch an der Oberseite, die dem ersten Wärmespeicherelement 1 zugewandt ist, eine Beschichtung 22 auf. Das dritte Element weist eine Beschichtung 22 nur noch im Eintrittsbereich des kegelstumpfförmigen Eintrittsbereich des kegelstumpfförmigen Flächenverlaufes 7 des Durchgangsloches 4 auf, während das letzte Wärmespeicherelement 1 keine Beschichtung aufweist, jedoch, wie dargestellt ist, um 180° um eine vertikale Achse gedreht ist, so dass der hintere Kegelstumpf 21 nun die Eintrittsöffnung des Durchgangsloches 4 bildet, während der größere kegelstumpfförmige Flächenverlauf 7 die Austrittsöffnung des Durchgangsloches 4 bildet. Es ist ersichtlich, dass dadurch einen Druckabfall herbeigeführt wird. Wenn beispielsweise der Eingangsdruck 1,3 Bar beträgt, so wird durch die größere Öffnung des kegelstumpfförmigen Flächenverlaufes 7 der Druck um ca. 0,3 Bar reduziert. Dies kann zur Strömungsbegünstigung in der Brennkammer gewünscht sein und ist auch an jeder Position der einzelnen Wärmespeicherelemente möglich.

1: Wärmespeicherelement
2: Boden (Brennkammer)
3: Spalt
4: Durchgangsloch
5: Brennkammer
6: Verwirbelungskante
7: kegelstumpfförmiger Flächenverlauf
8: Trägerelement
9: Rauchgaszüge
10: Heizgerät
11: Rippen
12: Schrägfläche
13: Lagerfläche
14: obere Schicht
15: untere Schicht
16: Ausformung
17: Aufstellleise
18: Begrenzungswand
19: Flammkegel
20: Randgasströmungsrichtung
21: hinterer Kegelstumpf
22: Beschichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 202005015992 U1 [0002, 0026]
- DE 202007016090 U1 [0003]
- DE 202007003438 U1 [0003]

Claims

Wärmespeicherelement für den Einsatz in einer Brennkammer in einem stationären oder mobilen Heizgerät mit einem Brenner, der in der Brennkammer endet und über eine Düse eine Flamme mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff speist, welches Speicherelement in Längsrichtung mindestens ein Durchgangsloch mit rundem, ovalem oder polygonalem Querschnitt aufweist, aus einem wärmebeständigen Werkstoff besteht und mindestens zu einer Mantelwand der Brennkammer einen Abstand aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens das dem Brenner nächstliegende Wärmespeicherelement (1) mindestens an der Oberfläche, die der Flamme am nächsten liegt oder auf die die Flamme trifft, mindestens partiell mit einer Beschichtun (22) oder einem Element aus einem keramischen Werkstoff versehen ist, dessen Wärmeleitfähigkeit geringer ist als die des Materials, aus dem das Wärmespeicherelement (1) besteht, oder dass im Abstand zur Oberfläche mindestens partiell ein Wärmeableitelement vor mindestens dem ersten Wärmespeicherelement (1) angeordnet ist.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (22) oder das Element aus einem Keramikfaserpapier aus Keramikfasern oder aus einem ein- oder mehrschichtigen Faserverbundwerkstoff für Hochtemperaturanwendungen besteht, das mittels eines Klebers aufgebracht ist.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgebrachte Beschichtung (22) aus einem Härter aus dünnflüssigen anorganischen Lösungen bzw. Kolloiden besteht, der als Wärmeisolator aufgebracht ist.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kleber oder die Lösung AL₂O₃, SiO₂ und/oder Na₂O, MgO oder SIC enthält und durch Streichen, Spritzen oder Tauchen aufgebracht ist.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (22) oder das Element oder das Wärmeableitelement aus einer Viskosesuspension oder aus einer Matte oder einem plattenförmigen Material aus keramischen Fasern aus AL₂O₃, SiO₂, ZrO₂, BaO und/oder anderen keramischen Stoffen besteht.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (22) oder das Element aus einem Faserschaum und/oder aus pastösen Keramikfasern, insbesondere Aluminiumsilikatfasern, Aluminiumoxidfasern und Füllstoffen und organischen sowie anorganischen Bindemitteln besteht und durch Spachteln aufgebracht ist.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element oder das Wärmeableitelement aus hochtemperaturfester Keramik mit einer Dicke von 1 mm bis 10 mm besteht, die direkt aufgebracht oder mittels Abstandshalter aus hitzebeständigem Material an dem Wärmespeicherelement (1) befestigt ist.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (22) aus einer keramischen Folie besteht, die aufgeklebt ist.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (22) oder das Wärmeableitelement teilweise auch in der Trichteröffnung und/oder an der Rückseite oder der rückseitigen Öffnung in dem dem Flammkegel in der Brennkammer nächstliegenden Wärmespeicherelement (1) vorgesehen ist.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmespeicherelement (1) großvolumig ausgebildet ist und in Längsrichtung mindestens ein Durchgangsloch mit rundem, ovalem oder polygonalem Querschnitt aufweist.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens das Durchgangsloch (4) sich vorderseitig über einen bestimmten Tiefenabschnitt in Verbrennungsgasströmungsrichtung zur Vergrößerung der aktiven Wärmeaufnahmefläche und zur anderen Seite des Wärmespeicherelementes (1) hin verjüngt und dass rückseitig ein sich an das vordere Loch anschließendes Loch eingearbeitet ist, das sich nach hinten konisch vergrößert, wobei die Tiefe des rückseitigen Loches und auch die Weite kleiner sind als die des Teilloches auf der Gaseintrittsseite.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anordnung mehrerer gleichförmiger Wärmespeicherelemente (1) mit Durchgangslöchern (4) hintereinander mindestens das dem Flammkegel (19) entfernteste Wärmespeicherelement (1) um 180° um eine Vertikalachse gedreht eingesetzt ist, so dass das Durchgangsloch (4) mit dem kleineren Durchmesser dem Kegel der Flamme zugewandt und das Durchgangsloch (4) mit dem größeren Querschnitt dem Flammkegel (19) abgewandt ist.
Wärmespeicherelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmespeicherelement (1) obenseitig in der Lochwand einen in Längsrichtung verlaufenden Spalt (3) aufweist.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (3) senkrecht zur Längsachse des Wärmespeicherelementes (1) und/oder zur Brennkammerlängsachse und durchgehend verlaufend in die Lochwand eingebracht ist.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (3) im oberen Bereich sich radial erstreckend in einem definierten spitzen Winkel zur Senkrechten und/oder in Längsrichtung des Wärmespeicherelementes (1) schräg verlaufend in die Lochwand eingebracht ist.
Wärmespeicherelement nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (3) geradlinig, gebogen, sägezahnförmig oder wellenförmig verlaufend, durchgehend mit gleicher Kontur und Breite oder mit abweichender Kontur und variabler Breite eingebracht ist.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in Längsrichtung des Wärmespeicherelementes (1) verlaufend der Spalt mindestens einen Stufenform- oder einen Wellenform- oder einen Freiformverlauf aufweist, wobei der Eintrittsspalt und der Austrittsspalt deckungsgleich oder versetzt zueinander verlaufend an den gegenüberliegenden Stirnflächen der Lochwände vorgesehen sind.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherelement aus Porzellan, Keramik, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Serpentin oder Speckstein oder aus Edelstahl oder einem anderen korrosionsbeständigen und feuerfesten Material besteht.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche des Durchgangsloches (4) geradlinig oder konvex gebogen ausgeführt ist und mindestens an der Austrittsöffnung eine Verwirbelungskante (6) aufweist.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über die Stirnfläche des Wärmespeicherelementes (1) verteilt mehrere Durchgangslöcher vorgesehen sind und dass in die Lochwände Spalten eingebracht sind.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 1 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass von der umlaufenden Fläche der Durchgangslöcher (4) ausgehend Kanäle in das Wärmespeicherelement (1) eingebracht sind, deren Austrittsöffnungen an der Mantelfläche oder an der Rückseite des Wärmespeicherelementes (1) enden.
Wärmespeicherelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur des Wärmespeicherelementes (1) der Querschnittskontur der Brennkammer (5) angepasst ausgeführt oder rund oder viereckig oder polygonal ausgebildet ist oder im Wesentlichen einer Vergrößerung des Querschnittes der Mantelform des Flammkegels entspricht.
Wärmespeicherelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Brennkammer (5) kaskadiert mehrere Wärmespeicherelemente (1) hintereinander in einem definierten Abstand zueinander angeordnet sind, wobei die weiteren Wärmespeicherelemente (1) Durchgangslöcher (4) gleicher oder abweichender Form aufweisen.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Wärmespeicherelemente (1) zentrisch oder außenseitig über stangen- oder bolzenförmige Verbindungselemente miteinander verbunden sind.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Wärmespeicherelement (1) bodenseitig einen Standfuß zum Aufstellen auf den Boden (2) der Brennkammer (5) aufweist oder in einem Trägerelement (8) verankert ist.
Wärmespeicherelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmespeicherelement (1) eine Dicke zwischen 40 mm und 250 mm aufweist.
Wärmespeicherelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmespeicherelement (1) einen Außendurchmesser von 120 mm bis 400 mm oder eine Ei-Querschnittsform mit angesetztem Aufstellfuß aufweist.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsbohrung (4) bei einem Eingangsöffnungsdurchmesser von 150 mm bis 120 mm einen Ausgangsdurchmesser von 80 mm bis 100 mm aufweist.
Wärmespeicherelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an oder in der Lochwand noppen- und/oder rippenförmige Vorsprünge (11) und/oder Nuten zur Drallbildung und zur Erhöhung der Verwirbelung des Heißgasstromes vorgesehen sind.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die noppen- oder rippenförmigen Vorsprünge oder Nuten in der dem Brenner zugewandten Lochwand und/oder in der rückseitigen Lochwand vorgesehen sind.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherelement (1) derart in der Brennkammer (5) gelagert ist, dass die beiden seitlichen Schnitthälften des Wärmespeicherelementes (1) längs einer vertikalen Schnittlinie außerhalb der Schwerpunktachsen der Hälften abgestützt sind.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 1 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmespeicherelement (1) auf ein in die Brennkammer (5) auf dem Boden aufstellbares Trägerelement (8) aufsetzbar ist, das mindestens zwei beabstandet zueinander angeordnete Stützwandelemente seitlich außerhalb der Schwerpunktachse der Hälften mit obenseitigen Lagerflächen aufweist, auf denen das Wärmespeicherelement (1) aufgestellt ist.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmespeicherelement (1) an der Unterseite vorstehende Stützpunkte, Stützkanten, Stützwölbungen oder Stützflächen aufweist, die seitlich außerhalb der Schwerpunktachsen der Hälften des Wärmespeicherelementes (1) liegen.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 1, 31, 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmespeicherelement (1) an der Unterseite zwei unten mittig aufeinanderzu verlaufende, einen stumpfen Winkel bildende Schrägflächen (12) aufweist, mit denen das Wärmespeicherelement (1) auf ein Trägerelement (8) mit gleichverlaufenden Lagerflächen (13) oder auf Stützwandelemente der Stützpunkte aufstellbar ist.
Wärmespeicherelement nach einem der Ansprüche 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (8) seitlich sich an die aufgestellten Wärmespeicherelemente (1) anschließende, den Aufnahmebereich definierende Begrenzungswände (18) aufweist.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (8) mehrere gleichförmige Aufnahmebereiche für Wärmespeicherelemente (1) aufweist und dass zwischen den kammerartigen Aufnahmebereichen jeweils eine den Abstand definierende Begrenzungswand (18) vorgesehen ist.
Wärmespeicherelement nach einem der Ansprüche 31 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (8) mehrschichtig ausgeführt ist, wobei die obere Schicht (14) wärmeleitender ist als die untere Schicht (15), oder dass das Trägerelement auf einem Zwischenlagerelement aufgesetzt ist, das ein- oder mehrschichtig ausgeführt ist, wobei die bodennahe Schicht eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Trägerelement, oder dass das Trägerelement (8) mindestens an einer Seite mit einer Beschichtung (22) aus einem keramischen Werkstoff versehen ist, dessen Wärmeleitfähigkeit niedriger ist als die des Materials, aus dem das Trägerelement (8) besteht.
Wärmespeicherelement nach einem der Ansprüche 31 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (8) untenseitig seitlich durchgehende Aufstellleisten (17) aufweist.
Wärmespeicherelement nach einem der Ansprüche 31 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (8) aus keramischem Werkstoff besteht.
Wärmespeicherelement nach einem der Ansprüche 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmespeicherelement (1) untenseitig seitliche bauchige Ausformungen (16) aufweist.
Wärmespeicherelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Beschichtung (22) bildende Element oder das Wärmeableitelement eine dreidimensionale Raumform aufweist und der Oberfläche des Wärmespeicherelementes (1) im Belegungsteil angepasst ausgeformt ist oder als Wärmeableitelement eine mit der Oberfläche des Wärmespeicherelementes (1) abgestimmte Form aufweist.
Wärmespeicherelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in einem Schornsteinzuführungsrohr oder in einem Schornstein einsetzbar ist.