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Kamineinsatz zur Gewinnung von nutzbarer
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Wärme bei einem Zimmerkamin.oder Herdfeuer
Kamineinsatz
zur Gewinnung von nutzbarer Wärme bei einem Zimmerkamin oder Herdfeuer Die Erfindung
betrifft einen Kamineinsatz zur Gewinnung von nutzbarer Wärme bei einem Zimmerkamin
oder Herdfeuer, mit zur Erwärmung von Luft als Wärmetauscher angeordneten Rohren.
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Zur Gewinnung nutzbarer Wärme bei einem Zimmerkamin ist es bekannt,
im Bereich der Feuerungszone einen wasserdurchströmten Kamineinsatz zu verwenden.
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Nachteilig ist hierbei aber, daß es sich bei einem solchen Kamineinsatz
im Prinzip um einen Heißwasserkessel handelt, der zur Vermeidung von Unfällen mit
den entsprechenden Sicherheitseinrichtungen versehen sein muß, und der prüfungspflichtig
ist.
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Weiterhin stehen bei diesen bekannten wasserdurchströmten Kamineinsätzen
die Kosten in keinem vernünftigem Verhältnis zu der erzielbaren WSrmegewinnung.
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Es hat sich weiterhin gezeigt, daß mit bekannten Kamineinsätzen eine
vollständige Gewinnung der bei der Verbrennung erzeugten Wärmeenergie nicht möglich
ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Kamineinsatz zur Gewinnung
von nutzbarer Wärme bei Zimmerkaminen oder Herdfeuern zu schaffen, der einerseits
eine möglichst vollständige Gewinnung der bei der Verbrennung erzeugten Wärme ermöglicht,
und der andererseits wirtschaftlich herstellbar und nutzbar ist, und bei welchem
Unfälle und demgemäß die Einhaltung besonderer behördlicher Vorschriften ausgeschlossen
werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die die zu
erwärmende Luft führenden Rohre von einem Luftkanal abzweigen, an dessen Lufteintritt
ein Gebläse angeordnet ist, und daß die Außenflächen der Rohre wenigstens zum Teil
mit Rippen versehen sind, die schraubenförmig gewendelt verlaufen.
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Um bei dieser Anordnung möglichst gute Wärmeübergangsverhältnisse
zwischen den Rohren und den Rippen zu erzielen, wird vorgeschlagen, daß die Rippen
mit dem Material der Rohre einstückig hergestellt oder unter Vorspannung aufgewickelt
und gegebenenfalls darauf aufgeschweißt oder -gelötet sind.
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Um andererseits die über die Rippen in erhöhtem Maße aufgenommene
Wärme an die die Rohre durchströmende Luft
abgeben zu können, weisen
vorteilhaft die Rohre Einsätze auf, die entweder an der Rohrinnenwand mit Preßsitz
anliegen können oder die mit dem eigentlichen Rohrkörper einstückig sein können.
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Die Einsätze können weiterhin vorteilhaft streifen-, kreuz- oder sternförmig
sein und sie liegen mit ihren Außenkanten an der inneren Mantelfläche der Rohre
an.
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Beim Einschieben der Einsätze sind dabei die gebogenen Bereiche der
Rohre nicht mit diesen Einsätzen versehen, während andererseits die Rohre im Rostbereich
wahlweise Glatt- oder Rippenrohre sind.
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Eine andere Ausgestaltung der Rohreinsätze kann darin bestehen, daß
die Einsätze in ihrer Längsachse schraubenförmig verdrehte Metallstreifen sind.
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Dabei kann weiter vorgesehen sein, daß die Rohre in Rohrschlangen
in dem oberen Teil des Kamines und dem Kaminschlot enden und dort in einem Abgaskanal
münden.
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Um zu verhindern, daß große Mengen heißer Luft eine zu trockene, das
Wohlbefinden störende Atmosphäre entstehen lassen, kann nach einem weiteren vorteilhaften
Vorschlag vorgesehen sein, daß der Kamineinsatz nach der
Erfindung
mit einer Einrichtung zur Luftbefeuchtung ausgestattet ist.
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Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß der Luftkanal in einem unterhalb
der Abzweigung der Rohre gelegenen Bereich als Behälter für einen Vorrat an Luftbefeuchtigungs-Flüssigkeit
ausgestaltet und am gebläseseitigen Ende mit einem Überlauf-Wehr und einem Uberlauf-Abflußstutzen
sowie mit einem Flüssigkeits-Einfülls'tutzen -ausgestatbet ist, wobei das Überlauf-Wehr
und der Überlauf-Abflußstutzen zwischen Gebläse und Luftkanal derart angeordnet
sind, daß diese im Zusammenwirken eine Sperre gegen Flüssigkeitseintritt in das
Gebläse ergeben.
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Mit dem Gegenstand nach der Erfindung ist es erstmalig möglich, die
durch einen Kamin oder ein Herdfeuer erzeugte Wärme vollständig an den Kamineinsatz
abzugeben, soweit nicht eine direkte Abstr-ahlung in'den zu beheizenden Raum erfolgt,
und es ist durch die erfindungsgemäßenEineätze auch sichergestellt, daß auch die
von' der großen, durch die Rippenrohre gebildeten Oberfläche aufgenommene Energie
an die die Rohre durchströmende Luft weitergegeben werden kann. Es ist damit möglich,
durch Weiterleitung der erzeugten Heiß luft in andere
Räume ein
ganzes Haus zu beheizen, und der Kamin oder das Herd feuer kann auf so geringe Abgastemperaturen
eingestellt werden, daß gerade noch der natürliche Zug durch den Schornstein erhalten
bleibt. Es kann alsò davon gesprochen werden, daß die verfügbare Energie vollständig
ausgenutzt wird, wobei aufgrund der verringerten Abgastemperatur sogar noch der
Wirkungsgrad von öfen übertroffen werden kann, ohne daß der damit verbundene bauliche
Aufwand anfällt. Zudem ist es möglich, eine Anzahl von Räumen über eine einzige
Feuerstelle zu beheizen, was bei einer Ofenheizung ebenfalls nicht möglich ist.
Über bereits vorgeschlagene Wärmetauscher kann in diesem Zusammenhang auch die Warmwasserbereitung
eines Haushaltes sichergestellt werden.
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Und schließlich ergibt sich durch die Ausgestaltung des Kamine ins
atzes mit einer Einrichtung zur Luftbefeuchtung erstmals die Möglichkeit, die Entstehung
einer unnatürlich trockenen Atmosphäre der mit Heizluft direkt beschickten Räume
zu vermeiden, was zu einer signifikanten Erhöhung des Heizungskomforts beiträgt.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Kamin oder
ein Herd feuer mit dem erfindungsgemäßen Kamineinsatz von vorn, Figur 2 den Einsatz
gemäß Figur 1 von der Seite, Figur 3 Querschnitte durch die Rohre eines erfindungsgemäßen
Kamineinsatzes im Bereich der Einsätze zur Kenntlichmachung von deren Ausgestaltung
und Figur 4 den als Behälter für Luftbefeuchtungs-Flüssigkeit ausgestalteten Luftkanal,
im Schnitt.
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Der Kamin oder das Herdfeuer 1 weist vom Mauerwerk umgeben und den
Abgas-Sammelraum durchziehend gemäß Figur 1 einen Einsatz 2 auf, welcher im wesentlichen
aus in einem Register angeordneten Rohren 3 besteht, die auf der einen Seite an
einen Luftkanal 4 angeschlossen sind und auf der anderen Seite entweder direkt in
den zu beheizenden Raum führen oder aber sich zu einem nicht gezeigten Abluftkanal
vereinigen, welcher in den zu beheizenden Raum oder die zu beheizenden Räume - ggf.
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nach Aufspaltung - führt. Am Lufteintritt des Luftkanals 4 ist ein
Gebläse 6 angeordnet, welches für eine ausreichende Durchströmung der Rohre 3 mit
zu erwärmender
Luft ausgelegt ist.
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Gemäß Figur 2 bilden die Rohre in ihrem unteren Bereich den Feuerungsrost
8, sie weisen dann vertikal verlaufende Teile 5 und wiederum horizontal verlaufende,
im Abgas-Sammelraum vorliegende Bereiche 7 auf.
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Die Bereiche 7 können übereinander und nebeneinander gestaffelt ausgeführt
sein, so daß einerseits ein genügend großer freier Raum zum Durchfluß der Abgase
besteht, andererseits aber die Abkühlung der einzelnen Stromfäden des Abgases gewährleistet
ist. In'diesem Zusammenhang ist es weiterhin möglich, im Abgas-Sammelraum die Endbereiche
7 der Rohre 3 als Rohrschlangen auszubilden und so sicherzustellen, daß die eingangs
beschriebene ausreichende Abkühlung des Abgases auf die geringstmögliche Temperatur
sichergestellt wird.
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Diese Rohrschlangen würden gemäß Figur 2 im Raum 12 und 16 des Kamins
bzw. Herdfeuers i oder dem eigentlichen Schornsteineingang vorliegen. Da Teile der
Rohrleitungen in ihrem Bereich 8 als Rost dienen und Rohrleitungen nicht nur an
der Rückwand, sondern auch an den Seitenwänden angeordnet sein können, wird gewährleistet,
daß sowohl die Strahlungswärme der Flammen als auch der glühenden Asche als auch
die Wärme der Abgase vollstAndig
ausgenutzt wird.
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Die Rohre 3 weisen an den Außenflächen mindestens in den Bereichen,
in denen sie gerade verlaufen, schraubenförmig gewendelte Rippen 17 auf, die entweder
mit dem Material der Rohre einstückig sind oder darauf aufgeschweißt oder -gelötet
sind. Die Rippenhöhe kann dabei im Bereich von unter einem bis zu mehreren cm betragen,
das Material der Rohrleitungen-und der Rippen kann Stahl, Kupfer oder ein anderes
geeignetes Metall sein.
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Um auch die durch die Rippen aufgenommene große Wärme an die Luft
weiterzuleiten, die~die Rohre innen durchströmt, weisen diese zumindest in den gerade
verlaufenden Bereichen Einsätze-18 auf, deren Außenkanten an der inneren Mantelfläche
19 der Rohre 3 anliegen und so geformt sind, daß sie einen genügenden Querschnitt
im Rohrinneren zum Hindurchleiten der zu erwärmenden Luft freilassen. Die Einsätze
können demnach streifen-, kreuz- oder sternförmig sein und sie können an der inneren
Mantelfläche der Rohre mit Preßsitz anliegen, sie können aber auch mit dem Rohrmaterial
einstückig sein bzw. mit diesem verschweißt oder verlötet sein.
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Als besonders vorteilhaft hat sich dabei eine Ausführung herausgestellt,
bei welcher die Einsätze aus in ihrer Längsachse schraubenförmig verdrehten Metallstreifen
bestehen.
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Diese-sind sehr kostengünstig herstellbar und dabei hochwirksam bezüglich
des Wärmeübergangs, weil durch die schraubenförmige Drehung der die Rohre durchströmenden
Luft Turbulenzen zu ausgezeichneten Wärmetransportverhältnissen führen. Dennoch
ist der verursachte Strömungswiderstand verhältnismäßig niedrig, so daß eine Erhöhung
des Gebläsedruckes nicht erforderlich ist. Vor allem aber müssen diese Rohreinsätze
nicht unter Flächenpressung-mit ihren Kanten am. Innenrohr anliegen, sie können
daher leichter in handelsübliche Rohre auch bei geringen Maßtoleranzabweichungen
eingesetzt werden, wodurch erhebliche Kosten gespart werden.
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Und schließlich können diese in sich gedrehten Streifen durch das
ganze Rohr in dessen voller Länge eingesetzt und mit diesem gebogen werden, was
einen signifikanten Vorteil gegenüber allen anderen Arten von Einsätzen ergibt.
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Durch die Einsätze wird sichergestellt, daß eine genügendgroße
Wärmeübertragungsfläche
auch für die die Rohre durchströmende Luft zur Verfügung steht und es kann so eine
sehr starke Erwärmung der Nutzungsluft erfolgen. Damit ist sichergestellt, daß nicht
nur der Raum ausreichend auch bei tiefen Temperaturen beheizt werden kann, in welchem
sich der Kamin oder das Herdfeuer befindet, sondern über Luftverteilungskanäle können
auch weitere Räume ausreichend beheizt werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, daß aufgrund der erzielbaren hohen Temperaturen
der die Rohre durchströmenden Verbrauchsluft eine verringerte Luftmenge zur Wärmeabfuhr
erforderlich ist und daher die Leistung des Geblase 6 verringert werden kann, wodurch
der- Energie verbrauch zum Antrieb des Gebläses 6 ebenfalls verringert wird und
wodurch weiterhin vorteilhaft eine Geräuschbelästigung durch das laufende Gebläse
vermieden wird. Es kann also davon gesprochen werden, daß die anstehenden Probleme
durch den Erfindungsgegenstand in idealer Weise gelöst werden.
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Dies trifft insbesondere auch auf die in den Kamin einsatz integrierte
und in der Figur 4 dargestellten Luftbefeuchtungseinrichtung zu. Wie diese Figur
zeigt, ist der Luftkanal 4, von dem die luftführenden Heizrohre
3
abzweigen, an der dem (nicht gezeigten) Ventilator zugewandten linken Ende 20 mit
einem Flüssigkeits-Einfüllstutzen 21 ausgestattet. Im unterhalb der Abzweigung der
Rohre 3 gelegenen Bereich 22 ist der Kanal 4 als Flüssigkeitsbehälter ausgestattet,
indem ein Überlauf-Wehr 23 die Flüssigkeit gegen den den Ventilator aufnehmenden
Flansch 24 abschottet.
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Um zu verhindern, daß bei Überfüllung dennoch Wasser in den Ventilator
eindringt, ist ein zweites, kleineres Wehr 25 angeordnet, das zwischen sich und
dem ersten Wehr 23 einen Uberlauf-Abfluß-Raum 26 bildet, an dessen unterem Bereich
ein Abfluß-Stutzen 27 angeordnet ist.
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Die Funktion dieser so unkomplizierten wie wirkungsvollen Einrichtung
ist folgende: Beim Heizen des Kamins erwärmt sich das Wasser im Kanal 4 und verdunstet.
Die Verdunstung wird auch noch dadurch begünstigt, daß die Gebläseluft gemäß Pfeil
28 mit relativ großer Geschwindigkeit, z. B. mit 30 m/sec über den Wasserspiegel
29 hinwegstreicht und sich dadurch mit Wasserdampf in Form von Luftfeuchtigkeit
anreichert.
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Ein an sich bekanntes Flüssigkeitsstand-Anzeigeröhrchen 30 kann dabei
in hilfreicher Weise zur Kontrolle vorgesehen
sein, um das Befeuchtungs-Wasser
von Zeit zu Zeit nach zufüllen, wie dies durch den Pfeil 31 rein schematisch angedeutet
ist. Überlauf-Wasser ist mit dem Pfeil 32 angedeutet.
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Die Höhenabstimmung von der Rohrabzweigung der Rohre 3 und des Wehrs
23 ist so getroffen, daß Überschuß-Wasser zuerst in die Rohre 3 eintritt, bevor
es über das'Wehr 23 läuft. In die heißen Rohre 3 eintretendes Wasser verdunstet
fast augenblicklich, was dazu genutzt werden kann, einen gewissen Feuchtigkeits-Pegel
zu erreichen, wenn dies gewünscht werden sollte. Das Gebläse bleibt auf jeden Fall
von eindringendem Wasser geschützt
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