DE3400718A1 - Kachelofeneinsatz - Google Patents

Kachelofeneinsatz

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DE3400718A1
DE3400718A1 DE19843400718 DE3400718A DE3400718A1 DE 3400718 A1 DE3400718 A1 DE 3400718A1 DE 19843400718 DE19843400718 DE 19843400718 DE 3400718 A DE3400718 A DE 3400718A DE 3400718 A1 DE3400718 A1 DE 3400718A1
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tiled stove
heat exchanger
stove insert
heat exchange
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DE19843400718
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Georg 8311 Baierbach Niedermeier
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24BDOMESTIC STOVES OR RANGES FOR SOLID FUELS; IMPLEMENTS FOR USE IN CONNECTION WITH STOVES OR RANGES
    • F24B1/00Stoves or ranges
    • F24B1/18Stoves with open fires, e.g. fireplaces
    • F24B1/183Stoves with open fires, e.g. fireplaces with additional provisions for heating water

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Steam Or Hot-Water Central Heating Systems (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kachelofeneinsatz aus einem
  • Metallgehäuse, des durch 8gn ihm etnen im 1-rgeordngl ten Brennrost in einen oberen Verbrennungsraum und einen unteren Aschenraum unterteilt ist und mit einer verschließbaren Beschickungsöffnung und einem Abzugsstutzen für die Rauchgase sowie mit Wärmetauschflächen im Inneren des Einsatzes versehen ist.
  • Kachel-Einsatzöfen bestehen aus einer äußeren Ummantelung aus Kacheln und Schamottsteinen zur Speicherung und langsamen Abgabe von Wärme an den zu beheizenden Raum und einen im Inneren dieser Ummantelung angeordneten meist kastenförmigen Metalleinsatz, in dem auf einem Rost die Verbrennung des Brennmaterials stattfindet. Man hat bereits zur besseren Ausnutzung der Wärmeenergie derartige Einsätze doppelwandig ausgeführt und in dem sich ergebenden Zwischenraum ein Wärmetauschmedium im Umlauf geführt. Nach einer anderen bekannten Ausführungsform wurden an den Innenseiten des Kachelofeneinsatzes wasserführende Rohre verlegt, um auf diese Weise die im Einsatz erzeugte Wärme besser zu nutzen.
  • Die genannten Ausführungen von Kachelofeneinsätzen weisen jedoch den erheblichen Nachteil auf, daß die Heizwirkung des Kachelofeneinsatzes bei diesen Systemen stark eingeschränkt wird, weil die wasserführende Fläche an den Umgebungswänden bzw. die an den Wänden verlegten wasserführenden Rohre erhebliche Wärmeenergie entziehen, so daß an die äußere Kachel-Schamotteumhüllung weniger Wärme zur Aufheizung der Räume abgegeben wird, andererseits Jedoch die Abgastemperatur unverändert hoch (etwa 800 bis 10004) bleibt. Auf diese Weise geht sehr viel Wärmeenergie ungenutzt über den Schornstein ins Freie verloren.
  • Auch wird gemäß dem älteren Vorschlag der Patentanmeldung P 33 26 004.4 ein Wärmetauscher beschrieben, der mehrere konzentrisch im Abstand angeordnete Ringkammern für den Durchgang eines ersten Wärmetauschmediums und von den Ringkammern begrenzte ringförmige bzw. rohrförmige Durchgänge für ein zweites Wärmetauschmedium aufweist. Einzelsegmente dieses Wärmetauschers können über Nut- und Federeingriff in Längsrichtung aneinandergefügt werden, wobei das erste Wärmetauschmedium aufeinanderfolgend die Ringkammern der einzelnen Segmente durchströmt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kachelofeneinsatz zu schaffen, der die volle Wärmeenergie an die zwischen Ummantelung und Einsatz befindliche Luft bzw. die äußere Kachel-Schamotteummantelung des Ofens weitergibt und andererseits unter zusätzlicher Wärmeausnutzung eine erhebliche Senkung der Abgastemperatur ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen Kachelofeneinsatz mit integriertem speziell ausgebildeten Rauchgaswärmetauscher gelöst.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Kachelofeneinsatz aus einem Metallgehäuse, das durch einen im unteren Teil angeordneten Brennrost in einen oberen Verbrennungsraum und einen unteren Aschenraum unterteilt ist, und mit einer verschließbaren Beschickungsöffnung und einem Abzugsstutzen für die Rauchgase sowie mit Wärmetauschflächen im Inneren des Einsatzes versehen ist, der dadurch gekennzeichnet ist, daß innerhalb des Verbrennungsraums ein Wärmetauscher angeordnet ist, der aus zwei nebeneinander befindlichen, miteinander funktionell verbundenen Hohlkörpern besteht, die jeweils mehrere konzentrisch im Abstand angeordnete, miteinander in Verbindung stehende, mindestens teilweise ringförmige Kammern für den Durchgang eines ersten Wärmetauschmediums und von den Kammern begrenzte ringförmige bzw.
  • rohrförmige Durchgänge für die Rauchgase aufweisen.
  • In spezieller Ausführungsform weisen die beiden Holkörper des Wärmetauschers eine gemeinsame Zuleitung und eine gemeinsame Ableitung zum Eintritt bzw. Austritt des ersten Wärmetauschmediums auf und sind durch eine die Außenwand der äußeren Kammern bildende Ummantelung miteinander verbunden.
  • Bevorzugt sind die jeweiligen konzentrischen, mindestens teilweise ringförmigen Kammern der beiden Hohlkörper durch eine gemeinsame Trennwand unterteilt.
  • Die zwischen den konzentrischen Kammern gebildeten Durchgänge sind zweckmäßig jeweils im Abstand zur Trennwand durch eine Abschlußwand abgeschlossen.
  • Vorzugsweise ist der Wärmetauscher mit zwei innenliegenden Rohren zur Aufnahme von zwei getrennten Fluidkreisläufen als thermische Ablaufsicherung versehen.
  • Es ist besonders vorteilhaft, den vorstehenden Wärmetauscher aus mehreren in Längsrichtung fest miteinander verbundenen Einzelsegmenten unter Verbindung der entsprechenden Kammern und ringförmigen bzw. rohrförmigen Durchgänge aufzubauen, wobei das erste bzw. letzte Segment mit einer Zuleitung bzw. Ableitung für das erste Wärmetauschmedium versehen ist. Die einzelnen Segmente bilden jeweils eine in sich geschlossene Einheit, wobei die jeweilige vordere und hintere Abschlußwand eines Segments die senkrechte Trennwand zum nächsten Segment darstellt.
  • Damit wird ein Strömungskurzschluß verhindert und eine vollständige Durchströmung sämtlicher Ringkammern mit dem Wärmetauschmedium gewährleistet.
  • Zweckmäßig ist der Wärmetauscher über einen Reinigungskasten mit dem Rauchgas-Abzugsstutzen verbunden. Der Reinigungskasten weist einen abnehmbaren Reinigungsdeckel auf.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Teil der Wände.des Metallgehäuses rippenförmig ausgebildet.
  • Besonders günstig erweist sich ein Kachelofeneinsatz, dessen Brennrost aus Vierkantrohren mit seitlichen Luftaustrittslöchern aufgebaut ist. Dabei ist der Brennrost vorzugsweise mit einem Luftregelungsschieber verbunden.
  • Die erfindungsgemäße Ausbildung des Kachelofeneinsatzes mit integriertem speziellen Wärmetauscher ermöglicht eine erhöhte Ausnutzung der Wärmeenergie unter Senkung der Abgastemperatur. Der im Einsatz integrierte Wärmetauscher nimmt nicht nur Konvektionswärme, sondern auch Strahlungswärme auf, ohne daß er die Konvektions- und Strahlungswärme der Verbrennungsflamme an den umgebenden Wänden des Kachelofeneinsatzes negativ beeinträchtigt. Die spezielle Ausbildung des Wärmetauschers unter Aufteilung des Wärmetauschvorgangs auf mehrere konzentrisch angeordnete Kammern ermöglicht einen erhöhten Wärmeübergang ohne Erhöhung des Gesamtquerschnitts des Wärmetauschers. Die Vergrößerung der Gehäusewand z.B. durch rippenförmige Ausbildung führt zu einer weiteren Steigerung des Wärmeübergangs an die umgebende Lufthülle und damit letztlich an die Kachelummantelung des Kachelofens, während die spezielle Ausbildung des Brennrosts aus Vierkantrohren mit seitlichen Löchern bessere Luftzufuhr ermöglicht, wodurch die Verbrennungsreaktion begünstigt wird. Das in dem Wärmetauscher des Kachelofeneinsatzes aufgeheizte Medium ist für beliebige Heizzwecke vielseitig verwendbar und kann beispielsweise Heizkörper, Fußbodenheizungen in anderen Räumen sowie Brauchwasserboiler mit Wärmeenergie versorgen. Die Reinigungsöffnung des Kachelofeneinsatzes ist so angeordnet, daß der Wärmetauscher und das Rauchrohr von der Beschickungsseite sehr einfach gereinigt werden können.
  • Der Kachelofeneinsatz der Erfindung besteht aus einem vorzugsweise kastenförmigen Metallgehäuse, das durch einen im unteren Teil angeordneten Brennrost in einen oberen Verbrennungsraum und einen unteren Aschenraum unterteilt ist.
  • Verbrennungsraum bzw. Aschenraum sind Jeweils über getrennte Türen zugänglich. Im oberen Teil des Verbrennungsraums ist ein speziell ausgebildeter Wärmetauscher integriert, der vorzugsweise über einen Reinigungskasten mit dem Rauchgasabzugsstutzen in Verbindung steht und andererseits eine Zuleitung und Ableitung für den Vor- bzw. Rücklauf des Wärmetauschmediums aufweist. Die untere Wand sowie die vier seitlichen Wände des Kachelofeneinsatzes sind zweckmäßig miteinander verschraubt und weisen vorzugsweise innen eine Schamotteschicht auf, während die obere, den Wärmetauscher oben abdeckende Wand nach Einbau des Wärmetauschers in das Gehäuse als Abdeckfläche aufgesetzt wird.
  • Der im oberen Teil des vom Gehäuse umschlossenen Verbrennungsraums angeordnete Wärmetauscher besteht aus zwei nebeneinander angeordneten, miteinander funktionell verbundenen Hohlkörpern, die Jeweils ein konzentrisch angeordnetes Mehrkammersystem für den Durchgang eines ersten Wärmetauschmediums aufweisen. Die innerste Kammer stellt eine praktisch ringförmige Kammer dar, die gegebenenfalls von weiteren konzentrisch im Abstand angeordneten, praktisch ringförmigen Kammern umgeben sein kann. Die äußerste vom Wärmetauschmedium durchströmte Kammer ist ebenfalls weitgehend ringförmig ausgebildet, ist Jedoch zweckmäßig im oberen Teil an die geradflächige Kontur des Gehäuses angepaßt und fUgt die beiden Hohlkörper zu einer funktionellen Einheit zusammen. Die Außenwände der äußeren Kammern stellen somit eine den gesamten Wärmetauscher umhüllende Ummantelung dar. Trotz der teilweisen Abweichung von der Ringform soll der im folgenden verwendete Ausdruck "Ringkammern auch die oben beschriebenen Ausbildungen der Kammern umfassen. Die Zahl der konzentrischen Ringkammern ist nicht beschränkt und kann unter Berücksichtigung der Art des Wärmetauschmediums sowie dessen Strömungsdrucks beliebig erhöht werden. Zweckmäßig erwies sich die Ausbildung von Jeweils zwei bis fünf, vorzugsweise zwei bis drei Ringkammern für den Durchgang der verschiedensten Fluide als erstes Wärmetauschmedium. Die Ringkammern jedes einzelnen Hohlkörpers sind miteinander verbunden, so daß das Wärmetauschmedium gleichzeitig sämtliche Ringkammern durchströmen kann. Die Verbindung der beiden Jeweils ein Mehrringkammersystem aufweisenden Hohlkörper erfolgt vorzugsweise über eine Zuleitung und eine Ableitung durch die das erste Wärmetauschmedium den Ringräumen der beiden Hohlkörper zugeleitet bzw. davon abgeleitet wird.
  • Damit das erste Wärmetauschmedium die Ringräume der beiden Hohlkörper vollständig durchströmt und nicht unmittelbar nach seinem Eintritt über die Ableitung wieder abgeführt wird, sind die Ringräume der beiden Hohlkörper vorzugsweise durch eine gemeinsame Trennwand unterteilt, wodurch der Strömungsweg des ersten Wärmetauschmediums durch die einzelnen Ringkammern vorgeschrieben wird.
  • Die im Abstand voneinander angeordneten Ringkammern der beiden Hohlkörper lassen in ihren Zwischenräumen entsprechend der Ausbildung der Ringkammern weitgehend ringförmige Durchgänge, bzw. in dem von der Innenseite der innersten Ringkammer begrenzten Raum einen rohrförmigen bzw. zylindrischen Durchgang frei, die von den im Brennraum des Kachelofeneinsatzes erzeugten Rauchgasen als zweites Wärmetauschmedium unter Wärmeaustausch mit dem ersten Wärmetauschmedium durchströmt werden. Die ringförmigen Durchgänge sind gegenüber den Ringkammern abgeschlossen und werden vorzugsweise Jeweils im Abstand zur Trennwand durch eine Abschlußwand begrenzt.
  • Vorzugsweise ist in dem Wärmetauscher zur Vermeidung eines Wärmeenergiestaus im System und damit von Explosionsgefahr eine thermische Ablaufsicherung eingebaut, die aus zwei innenliegenden Rohren zur Aufnahme von zwei getrennten Fluidkreisläufen besteht. Diese zweckmäßig in dem die beiden Hohlkörper verbindenden, vom eraten Wärmetauschmedium durchströmten Raum angeordneten Rohre sind mit handelsüblichen thermischen Ablaufsicherungsventilen verbunden, welche die zusätzlichen Sicherheits-Fluidkreisläufe entsprechend der über Temperaturfühler ermittelten Temperatur des ersten Wärmetauschmediums regulieren. Durch diese Sicherheitseinrichtung wird ein Wärmeenergiestau mit möglicher Explosionsgefahr vermieden.
  • Bevorzugt verfügt der Wärmetauscher über eine weitere Anschlußhülse zur Aufnahme eines weiteren Temperaturftihlers, Dieser Temperaturfühler, verbunden mit einem Mikroschalter, hat die Aufgabe, den Stromkontakt ab einer bestimmten Temperatur im Wärmetauscher über den Jeweils zuständigen Temperaturregler zur entsprechenden Umwälzpumpe herzustellen.
  • Somit kann der Wärmeenergietransport durch ein Wärmeträgermedium vom Wärmetauscher zum Wärmeabnehmer, z.B. Brauchwasserboiler, Raumheizkörper, Fußbodenheizung usw., beginnen.
  • Nach einer speziellen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann in dem Kachelofeneinsatz ein Wärmetauscher der beschriebenen Art angeordnet werden, der in axialer Richtung mehrere aneinandergefügte und miteinander fest verbundene Segmente des gleichen Aufbaus aufweist. Bei dieser Ausführungsform durchströmt das erste Wärmetauschmedium nicht nur Jeweils ein konzentrisches Mehrringkammersystem in jedem Hohlkörper, sondern nach Durchgang des ersten Wärmetauschmediums durch das erste Doppelhohlkörper- segment wandert das über die Austrittsöffnung in der vertikalen Trennwand austretende erste Wärmetauschmedium weiter zum nächsten Segment,um dort wiederum die im Doppelhohlkörper enthaltenen Ringkammern zu durchströmen und danach weitere in sich geschlossene, jedoch jeweils funktionell in Verbindung stehende Segmente des Doppelhohlkörpers zu durchströmen. Die Einzelsegmente dieser Ausführungsform des Wärmetauschers sind in Kompaktbauweise fest miteinander verbunden und vorzugsweise verschweißt, so daß die Gesamtstruktur den im Verbrennungsraum herrschenden Temperaturen standhält. Das erste Segment bzw. letzte Segment ist mit einer Zuleitung bzw. Ableitung für das erste Wärmetauschmedium verbunden. Der Durchgang des ersten Wärmetauschmediums durch die einzelnen Ringkammern entspricht weitgehend dem des Wärmetauschers der deutschen Patentanmeldung P 33 26 004.4, wobei jedoch im vorliegenden Fall die Doppelhohlkörperanordnung mit funktioneller Verbindung über Eintritts- und Austrittsöffnung eine optimale Anpassung an den Kachelofeneinsatz gewährleistet. Die Einzelsegmente der vorliegenden Ausführungsform sind dabei so aneinander gefügt, daß die entsprechenden Ringkammern und ringförmigen bzw. rohrförmigen Durchgänge miteinander in funktioneller Verbindung stehen und somit das erste Wärmetauschmedium aufeinanderfolgend ein Segment nach dem anderen durchströmt. Die Anzahl der Einzelsegmente des Wärmetauschers ist nicht begrenzt und richtet sich nach den Dimensionen des Kachelofeneinsatzes und der gewünschten Energienutzung. Vorzugsweise sind fünf bis zehn Einzelsegmente zu einer Kpmpaktstruktur fest aneinandergefügt.
  • Die Aufteilung des Innenraums des Doppelhohlkörperwärmetauschers in jeweils mindestens zwei bis beliebig viele Ringkammern mit entsprechenden zwischenliegenden ringförmigen bzw. rohrförmigen Durchgängen liefert aufgrund der vergrößerten Oberfläche einen optimalen Wärmeübergang vom ersten Wärmetauschmedium zum zweiten Wärmetauschmedium (Rauchgase). Durch die Anordnung eines derartigen Wärmetauschers im oberen Teil des Verbrennungsraums des Kachelofeneinsatzes ergibt sich aufgrund der direkten Aussetzung gegenüber der Verbrennungsflamme und den im Verbrennungsraum sehr heißen Rauchgasen ein sehr wirkungsvoller Wärmeaustausch mit dem durch die einzelnen Ringkammern geführten ersten Wärmetauschmedium, so daß erhebliche Mengen an Wärmeenergie, beispielsweise zur Heizung anderer Räume oder zur Warmwasserbereitung als Brauchwasser,gewonnen werden können, während die Temperatur der über den Kamin ins Freie abgegebenen Rauchgase erheblich gesenkt wird. Dabei ist vor allem zu berücksichtigen, daß die Heizleistung des Kachelofeneinsatzes bzw. die Aufheizung der umgebenden Luft und der umhüllenden Schamotte-Kachelwand praktisch keinerlei Beeinträchtigung erleidet, da den Gehäusewänden keine Wärme entzogen wird und ein ungehinderter Wärmedurchgang gegeben ist.
  • Um die Heizleistung des Kachelofeneinsatzes noch zu steigern, ist es besonders vorteilhaft, die Oberfläche des Metallgehäuses zu vergrößern. Besonders günstig erwies sich dabei eine rippenförmige, beispielsweise zickzackförmige oder gewellte Ausgestaltung mindestens eines Teils der Gehäusewände, vorzugsweise der beiden Seitenwände und der Rückwand des Gehäuses. Durch diese Ausführungsform wird der Wärmeübergang vom Verbrennungsraum zur umgebenden Luft und zur Kachelwand merklich erhöht.
  • Eine optimale Verbrennung des Verbrennungsgutes, z.B. Holz, Kohle usw., und damit erhöhte Energieausnutzung läßt sich dadurch erzielen, daß zusätzlich durch den Brennrost Luft zugeführt wird. Vorzugsweise besteht der Brennrost aus Vierkantrohren mit seitlichen, insbesondere beidseitigen Luftaustrittalöchern. Die Verbrennungs1ut wird von außen durch die Rohre und die seitlichen Löcher gleichmäßig an das Verbrennungsgut zur chemischen Reaktion herangeführt, wobei durch die seitliche Anordnung der Luftaustrittslöcher ein Verstopfen der Luftkanäle durch Ascheanteile vermieden wird.
  • Es ist besonders günstig, den Brennrost mit einem Luft regelungsschieber zu verbinden, der die Luftzufuhr manuell oder über einen Raumthermostat regelt. Die Regelung erfolgt zweckmäßig auf elektronischem oder pneumatischem Wege.
  • Der in dem Kachelofeneinsatz der Erfindung integrierte Wärmetauscher ist für sämtliche Fluid-Wärmetauschmedien als erstes Wärmetauschmedium in Kombination mit Rauchgasen als zweites Wärmetauschmedium geeignet. Als erstes Wärmetauschmedium wird vorzugsweise Wasser verwendet, es können jedoch auch insbesondere Luft oder andere geeignete Fluide mit Vorteil eingesetzt werden. Für die getrennten Fluidkreisläufe des Ablaufsicherungssystems können dafür übliche Fluide, insbesondere Wasser eingesetzt werden.
  • Das Metallgehäuse des Kachelofeneinsatzes kann aus den üblichen wärmebeständigen Metallen, wie beispielsweise Gußeisen, Stahlguß oder Stahlblech, bestehen. Für den im Einsatzgehäuse eingebauten Wärmetauscher kommen gleichfalls übliche wärmebeständige Metalle in Betracht, insbesondere Gußeisen, Stahlguß oder Stahlblech.
  • Die Wärmetauschmedien können in dem Wärmetauscher sowohl im Gleich-Kreuzstrom als auch im Gegen-Kreuzstrom geführt werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung durch bevorzugte Ausftllirungsformen anhand der Zeichnungen erläutert, worin Fig. 1 eine Ansicht, teilweise im Schnitt,eines erfindungsgemäßen Kachelofeneinsatzes, Fig. 2 einen Querschnitt durch einen im Kachelofeneinsatz der Erfindung enthaltenen Wärmetauscher, Fig. 3 eine Ansicht des Wärmetauschers, teilweise im Schnitt, Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kachelofeneinsatzes, Fig. 5 eine Außenansicht eines erfindungsgemäßen Kachelofeneinsatzes und Fig. 6 eine schematische Darstellung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Kachelofeneinsatzes wiedergeben und gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bedeuten.
  • Aus Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kachelofeneinsatzes ersichtlich. Das kastenförmige Gehäuse 1 besteht aus fünf miteinander festverschraubten Wandteilen aus Stahlblech oder Gußeisen, die an der Innenseite mit einer Schamottewand 2 ausgekleidet sind, während das Gehäuse oben durch eine einfache Metall-Abdeckfläche (nicht gezeigt) geschlossen ist. Der Innenraum wird durch einen Brennrost 3 in einen oberen Verbrennungsraum und einen unteren Aschenraum unterteilt. Zum Auffangen der Asche ist im Aschenraum ein Aschekasten 4 vorgesehen. Zum Einbringen des Verbrennungsmaterials ist an einer Stirnseite oberhalb des Brennrosteseine Beschickungstür 5 und unterhalb des Brennrostes eine weitere Tür 27 (aus Fig. 5 ersichtlich) für den Zugang zum Aschenraum angeordnet. Im oberen Teil des Verbrennungsraums befindet sich im Abstand zum Brennrost 3 ein Wärmetauscher 7, durch den die im Verbrennungs- raum erzeugten Rauchgase im Wärmetausch mit einem ersten Wärmetauschmedium hindurchgehen und den Wärmetauscher über einen an die Stirnwand des Gehäuses angrenzenden Rauchgas-Abzugsstutzen 6 verlassen. Der Wärmetauscher 7 besteht aus zwei nebeneinander befindlichen Hohlkörpern 8 und 9 von innerem zylinderartigen Aufbau, die durch eine gemeinsame äußere Ummantelung 28 zu einer Einheit zusammengefügt sind.
  • Die beiden Hohlkörper 8 und 9 weisen einen übereinstimmenden Aufbau auf und bestehen jeweils aus zwei konzentrisch angeordneten Ringkammern 10, 11 für den Durchgang eines ersten Wärmetauschmediums und einem dazwischenliegenden ringförmigen bzw. rohrförmigen Durchgang 12 für den Durchgang der Rauchgase. Selbstverständlich kann die Anzahl der Ringkammern und damit entsprechend die Anzahl der Durchgänge beliebig erhöht werden. Die hier gezeigte Ausführungsform enthält einen Wärmetauscher, der aus Einzelsegmenten aufgebaut ist, die in axialer Richtung fest verbunden sind, insbesondere verschweißt sind, so daß die Ringkammern 10, 11 und die ringförmigen bzw. rohrförmigen Durchgänge 12 der jeweiligen Segmente einander entsprechen. Die Ringkammern innerhalb eines Segmentes bilden jeweils eine geschlossene Einheit, der für die aus Fig. 2 ersichtliche Eintrittsöffnung 14 das erste Wärmetauschmedium, vorzugsweise Wasser, zugeführt wird, welches die Ringkammern durchläuft und über die aus Fig. 3 ersichtliche Austrittsöffnung 13 abgeführt und den Ringkammern des nächsten Segments zugeführt wird. Der aus mehreren Segmenten aufgebaute Wärmetauscher ist mit einer Zuleitung 20 im ersten Segment und einer Ableitung 21 im letzten Segment für den Vorlauf bzw. Rücklauf des ersten Wärmetauschmediums ausgestattet. Die Rohre 16 und 17 dienen zur thermischen Ablaufsicherung des Systems. Anschlußhülsen 19 und 29 sind zur Aufnahme von Temperaturfühlern bestimmt.
  • Fig. 2 zeigt im Querschnitt den Aufbau eines im Kachelofeneinsatz der Erfindung integrierten Wärmetauschers. Die beiden tiohlkdrper 8 und 9 sind durch die äußere Ummantelung 28 zu- sammengefügt. Jeder Hohlkörper enthält zwei konzentrisch angeordnete Ringkammern 10, 11 für den Durchgang des ersten Wärmetauschmedium8, wobei die Ummantelung 28, welche die Außenwand der Ringkammern 11 bildet, im oberen Teil zur Anpassung an die obere Gehäusewand als ebene Fläche ausgebildet ist. Zwischen den Ringkammern 10, 11 ergibt sich ein von diesen begrenzter ringförmiger, bzw. im Mittelteil ein zylindrischer Durchgang 12 für die Rauchgase als zweites Wärmetauschmedium. Die beiden Hohlkörper sind durch eine gemeinsame horizontal verlaufende Trennwand 15 unterteilt, die sich jeweils von einem inneren zylindrischen Durchgang 12 zum anderen erstreckt. Dadurch ist gewährleistet, daß das durch die Zuleitung 20 eintretende erste Wärmetauschmedium die gesamten Ringräume durchströmt und nicht unmittelbar über die Austrittsöffnung 13 wieder austritt. Der jeweilige ringförmige Durchgang 12 ist durch eine Abschlußwand 18 im Abstand von der Trennwand 15 abgeschlossen. In dem die beiden Hohlkörper 8, 9 verbindenden Mittelteil, der als Teil der Ringkammern 10, 11 vom ersten Wärmetauschmedium durchströmt wird, sind als thermische Ablaufsicherung zwei U-förmig gebogene Rohre 16, 17 angeordnet, die getrennte Fluidkreisläufe aufnehmen. Durch dieses Sicherheitssystem können in Abhängigkeit von der Temperatur des ersten Wärmetauschmediums die zusätzlichen Fluidkreisläufe unter Abführung von Wärme betätigt werden, um einen Wärmestau zu verhindern.
  • Fig. 3 gibt die Ansicht, teilweise im Schnitt, eines im Kachelofeneinsatz der Erfindung angeordneten Wärmetauschers in Gliederbauweise wieder. Das heißt, Einzelsegmente des jeweils mehrere Ringkammern aufweisenden Doppelhohlkörpers sind in axialer Richtung so aneinandergefügt, daß die Ringkammern 10, 11 und die ringförmigen bzw. rohrförmigen Durchgänge 12 einander entsprechen. Die jeweiligen Ringkammern 10, 11 sind durch die gemeinsame horizontal verlaufende Trennwand 15 so unterteilt, daß das durch die Zuleitung 20 eingeführte und einem Segment durch die Eintrittsöffnung 14 zugeleitete erste Wärmetauschmedium (bevorzugt Wasser) in die eine durch die Trennwand abgeteilte Hälfte der Kammern einströmt, dann sämtliche Ringkammern durchströmt und in der anderen von der Trennwand abgeteilten Raumhälfte über die Austrittsöffnung 13 zum nächsten Segment mit entsprechenden Rlngkammern und Durchgängen weitergeleitet wird, wo sich die gleiche Fluidströmung fortsetzt, bis das durch den Wärmeaustausch mit dem Rauchgas nach Durchlaufen sämtlisper Segmente aufgeheizte erste Wärmetauschmedium über die Ableitung 21 zur Nutzung seiner Wärmeenergie abgezogen wird.
  • Dabei stellt die Austrittsöffnung eines Segmentes gleichzeitig die Eintrittsöffnung des darauffolgenden Segmentes dar und bildet somit die Ubergangsöffnung für das Wärmetauschmedium. Die vordere und hintere Begrenzung der Ringkammern eines Segmentes bildet jeweils die vertikale Trennwand 30 zwischen den Einzelsegmenten. Die jeweils längsaxial im Innern des Doppelhohlkörper-Wärmetauschers U-förmig geführten Rohre 16 und 17 nehmen getrennte Fluidkreisläufe auf und dienen zur Ablaufsicherung des Systems. Die Anschlußhülsen 19 und 29 sind zur Aufnahme von Temperaturfühlern zur Regelung des Kreislaufs des ersten Wärmetauschmediums und für die thermische Ablaufsicherung bestimmt.
  • Fig. 4 stellt eine besonders günstige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kachelofeneinsatzes dar, dessen Gehäusewände eine vergrößerte Oberfläche durch rippenförmige Ausbildung aufweisen. In der gezeigten Ausführungsform sind zwei Seitenwände und die Rückwand des Metallgehäuses 1 einschließlich der damit verbundenen Schamottewand 2 zickzackförmig ausgebildet, wodurch der Wärmeübergang vom Kachelofeneinsatz zur umgebenden Luft und schließlich an die Kachelwand des Ofens erhöht wird. Der Brennrost 3 des Kachelofeneinsatzes ist aus Vierkantrohren 24 mit seitlichen Luftaustrittslöchern 25 aufgebaut. Die Durchführung von Luft durch die Rohre des Brennrostes führt zu einem er- höhen Sauerstoffangebot und somit zur Steigerung der Verbrennungsreaktion. Die seitliche Anordnung der Luftaustrittslöcher vermeidet eine Verstopfung der Löcher durch Brenngut und Ascheanteile.
  • Fig. 5 zeigt den äußeren Aufbau des erfindungsgemäßen Kachelofeneinsatzes mit einem rechteckigen Metallgehäuse 1, in dessen oberem Teil der hier nicht ersichtliche Wärmetauscher mit Zuleitung 20 und Ableitung 21 für den Vor-bzw. Rücklauf des ersten Wärmetauschmediums sowie den Rohren 16, 17 für die thermische Ablaufsicherung angeordnet ist. Das Gehäuse ist an einer Seite mit einer Beschickungstür 5 und einer Tür 27 für den Zugang zum Aschenraum versehen. Oberhalb der Beschickungstür 5 befindet sich ein mit dem Gehäuse fest verbundener Reinigungskasten 22, der wiederum mit dem Rauchgas-Abzugsstutzen 6 in Verbindung steht. Mit Hilfe des Reinigungsdeckels 29 ist der Reinigungskasten und der damit in Verbindung stehende Wärmetauscher leicht zugänglich und kann ohne Schwierigkeiten gereinigt werden. Die Luftzufuhr zum Kachelofeneinsatz kann über den Luftregelungsschieber 26 geregelt werden.
  • Die Regelung kann dabei manuell oder über ein durch Raumthermostat gesteuertes Regelsystem erfolgen. Die bei der Verbrennung erzeugten Rauchgase treten, nachdem sie den Wärmetauscher als zweites Wärmetauschmedium unter weitgehender Abgabe ihres Wärmeinhalts an das erste Wärmetauschmedium durchströmt haben, über den Rauchgasabzugsstutzen 6 aus und werden dem Kamin mit erheblich reduzierter Abgastemperatur zugeleitet.
  • In Fig. 6 wird die Regelung des Kachelofeneinsatzes anhand eines Schaltschemas erläutert.
  • Die einzelnen Regelungsblöcke sind mit A, B, C, D und E aufgeführt, wobei die jeweiligen Indices die Einzelglieder bezeichnen.
  • A) Thermische Ablauf sicherung Die thermische Ablaufsicherung ist eine selbsttätig wirkende, von der Vorlauftemperatur des Wärmeerzeugers gesteuerte Einrichtung, die spätestens bei Erreichen einer Vorlauftemperatur von 100 OC einen Wasserablauf am Wärmetauscher öffnet, das Wasser gefahrlos ableitet und eine Temperatursteigerung am Wärmeerzeuger verhindert.
  • In der Zeichnung bezeichnen: A1 Kaltwassereintrittsleitung für die thermische Ablaufsicherung, A2 Heißwasseraustrittsleitung für die thermische Ablaufsicherung, A3 thermisches Ablaufsicherungsventil mit Kapillarrohr und Temperaturfühler.
  • Das thermische Ablaufsicherungsventil öffnet selbsttätig ab einer Temperatur von 100 OC, somit kann das Kaltwasser in den Wärmetauscher eindringen und es drückt ungehindert das erwärmte Wasser in den Abfluß.
  • A4 Abflußtrichter mit Syphon.
  • B) Sicherheitstechnische Ausrüstung von Warmwasserheizung mit Vorlauftemperaturen bis 110 OC gemäß DIN 4751 Blatt 1 B1 Entgasungsventil, B2 Druckmanometer, B3 Sicherheitsventil, B4 Füll- und Entleerungsventil, B5 Ausdehnungsgefäß.
  • C) Heizung (Wärmeenergieabnehmungsanlage) C1 Wärmetauscher im Kachelofeneinsatz, C2 Heizungsvorlauf, C3 Heizungsrücklauf, C4 Wärmeenergieabnehmer (Heizkörper, Fußbodenheizung, BrauchwasseXrboi lfXr), C5 Umwälzpumpen zur Umwälzung des Wärmeträgermediums, C6 Dreiwegemischer, die das Wärmeträgermedium je nach Temperaturbedarf mischen, C7 Absperrventil, C8 Thermometer, Cg Rückschlagklappe.
  • D) Verbrennungsluftregelung Die Verbrennungsluftregelung regelt sich selbsttätig über einen pneumatischen Raumthermostat, der in demselben Raum installiert ist, wie der Kachelofen.
  • D1 Pneumatischer Raumthermostat mit Skalenanzeige in OC.
  • Der Raumthermostat enthält eine Ausdehnungsflüssigkeit, die sich auf Temperaturänderung bewegt, und diese Bewegung kann sich im D2 Kapillarrohr fortsetzen bis zum D3 Regelungszylinder, in dem sich ein Kolben bewegt und den D4 Verbrennungsluftregelungsschieber in die Stellung "Zu" oder "Auf" schiebt.
  • E) wärmeenergie-Mediumträgerregelung (Heizungswasserregelung) Das Heizungswasser regelt sich selbsttätig über einen elektronischen Raum- oder Boilerthermostat in Verbindung mit einem Temperaturmikroschalter.
  • E1 Netzanschluß, E2 Der Temperaturmikroschalter wird mit Strom versorgt.
  • Je nach vorgegebener Temperatur vom Wärmetauscher ist der Mikroschalter in geschlossener oder offener Stellung und leitet oder leitet nicht den Strom zum E3 Raumthermostat oder Boilerthermostat. Der Raumthermostat bzw. Boilerthermostat leitet den Strom nur bei Wärmeenergiebedarf zur Umwälzpumpe C5 weiter. Die Umwälzpumpe C5 beginnt das Heizungswasser durch den Boiler, Heizkörper oder die Fußbodenheizung zu pumpen.
  • Die Umwälzpumpe C5 fördert solange Heizungswasser, bis entweder der WärmObedarf im Raum oder Brauchwasserboiler gedeckt ist und dadurch den Raumthermostat bzw. Boilerthermostat abschaltet, oder der Wärmetauscher im Kachelofeneinsatz erzeugt keine Wärmeenergie mehr und somit wird durch den Temperaturmikroschalter der Stromfluß (über Raumthermostat Boilerthermostat zur Umwälzpumpe) unter,brochen.

Claims (13)

  1. Kache lofeneinsatz PatentansPrllche 1. Kachelofeneinsatz aus einem Metallgehäuse, daß durch einen im unteren Teil angeordneten Brennrost in einen oberen Verbrennungsraum und einen unteren Aschenraum unterteilt ist, und mit einer verschließbaren Beschickungsöffnung und einem Abzugsstutzen für die Rauchgase sowie mit Wärmetauschflächen im Inneren des Einsatzes versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Verbrennungsraums ein Wärmetauscher (7) angeordnet ist, der aus zwei nebeneinander befindlichen, miteinander funktionell verbundenen Hohlkörpern (8, 9) besteht, die jeweils mehrere konzentrisch im Abstand angeordnete, miteinander in Verbindung stehende, mindestens teilweise ringförmige Kammern (10, 11) für den Durchgang eines ersten Wärmetauschmediums und von den Kammern begrenzte ringförmige bzw. rohrförmige Durchgänge (12) für die Rauchgase aufweisen.
  2. 2. Kachelofeneinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hohlkörper (8, 9) des Wärmetauschers eine gemeinsame Zuleitung (20) und eine gemeinsame Austrittsöffnung (13) zum Eintritt bzw. Austritt des ersten Wärmetauschmediums aufweisen und durch eine die Außenwand der äußeren Kammern (11) bildende Ummantelung (28) zu einer Einheit verbunden sind.
  3. 3. Kachelofeneinsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens teilweise ringförmigen Kammern (10, 11) des jeweiligen Hohlkörpers (8, 9) durch eine gemeinsame Trennwand (15) unterteilt sind.
  4. 4. Kachelofeneinsatz nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Durchgänge (12) jeweils im Abstand zur Trennwand (15) durch eine Abschlußwand (18) abgeschlossen sind.
  5. 5. Kachelofeneinsatz nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher mit zwei innenliegenden Rohren (16, 17) zur Aufnahme von zwei getrennten Fluidkreisläufen als thermische Ablaufsicherung versehen ist.
  6. 6. Kachelofeneinsatz nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher mindestens zwei Anschlußhülsen (19, 20) zur Aufnahme eines Temperaturfühle.rs aufweist.
  7. 7. Kachelofeneinsatz nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher aus mehreren, in Längsrichtung fest miteinander verbundenen Einzelsegmenten unter funktioneller Verbindung der entsprechenden konzentrischen, mindestens teilweise ringförmigen Kammern (10, 11) und ringförmigen bzw. rohrförmigen Durchgänge (12) aufgebaut ist und das erste bzw. letzte Segment mit einer Zuleitung (20) bzw. Ableitung (21) für das erste Wärmetauschmedium versehen ist.
  8. 8. Kachelofeneinsatz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Segmente des Wärmetauschers durch vertikal verlaufende Trennwände (30) voneinander getrennt sind, die jeweils mit einer Eintrittsöffnung (14) bzw.
    einer Austrittsöffnung (13) für das durchströmende Wärmetauschmedium versehen sind.
  9. 9. Kachelofeneinsatz nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher über einen, mit abnehmbarem Reinigungsdeckel (23) versehenen Reinigungskasten (22) mit dem Rauchgas-Abzugsstutzen (6) verbunden ist.
  10. 10. Kachelofeneinsatz nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Wände des Metallgehäuses (1) rippenförmig ausgebildet ist.
  11. 11. Kachelofeneinsatz nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennrost (3) aus Vierkantrohren (24) mit seitlichen Luftaustrittslöchern (25) aufgebaut ist.
  12. 12. Kachelofeneinsatz nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennrost (3) mit einem Luftregelungsschieber (26) verbunden ist.
  13. 13. Kachelofeneinsatz nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftregelungsschieber (26) zur Regelung der Luftzufuhr mit einem Raumthermostat in funktioneller Verbindung steht.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3609200A1 (de) * 1986-03-19 1987-09-24 Stachel Frank Peter Kachelofen

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DE3105394A1 (de) * 1981-02-14 1982-09-02 Joachim 8900 Augsburg Fehr "kachelofen"
DE3144540A1 (de) * 1981-11-10 1983-06-01 Hans Dr.h.c. 3559 Battenberg Vießmann Feuerraumeinsatz

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