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Die Erfindung betrifft einen Kachelofeneinsatz aus einem
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen Kachelofeneinsatz
mit integriertem speziell ausgebildeten Rauchgaswärmetauscher gelöst.
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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.
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rohrförmige Durchgänge für die Rauchgase aufweisen.
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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.
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Bevorzugt sind die jeweiligen konzentrischen, mindestens teilweise
ringförmigen Kammern der beiden Hohlkörper durch eine gemeinsame Trennwand unterteilt.
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Die zwischen den konzentrischen Kammern gebildeten Durchgänge sind
zweckmäßig jeweils im Abstand zur Trennwand durch eine Abschlußwand abgeschlossen.
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Vorzugsweise ist der Wärmetauscher mit zwei innenliegenden Rohren
zur Aufnahme von zwei getrennten Fluidkreisläufen als thermische Ablaufsicherung
versehen.
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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.
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Damit wird ein Strömungskurzschluß verhindert und eine vollständige
Durchströmung sämtlicher Ringkammern mit dem Wärmetauschmedium gewährleistet.
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Zweckmäßig ist der Wärmetauscher über einen Reinigungskasten mit dem
Rauchgas-Abzugsstutzen verbunden. Der Reinigungskasten weist einen abnehmbaren Reinigungsdeckel
auf.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Teil der
Wände.des Metallgehäuses rippenförmig ausgebildet.
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Besonders günstig erweist sich ein Kachelofeneinsatz, dessen Brennrost
aus Vierkantrohren mit seitlichen Luftaustrittslöchern aufgebaut ist. Dabei ist
der Brennrost vorzugsweise mit einem Luftregelungsschieber verbunden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Somit kann der Wärmeenergietransport durch ein Wärmeträgermedium vom
Wärmetauscher zum Wärmeabnehmer, z.B. Brauchwasserboiler, Raumheizkörper, Fußbodenheizung
usw., beginnen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Wärmetauschmedien können in dem Wärmetauscher sowohl im Gleich-Kreuzstrom
als auch im Gegen-Kreuzstrom geführt werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In Fig. 6 wird die Regelung des Kachelofeneinsatzes anhand eines Schaltschemas
erläutert.
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Die einzelnen Regelungsblöcke sind mit A, B, C, D und E aufgeführt,
wobei die jeweiligen Indices die Einzelglieder bezeichnen.
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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.
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In der Zeichnung bezeichnen: A1 Kaltwassereintrittsleitung für die
thermische Ablaufsicherung, A2 Heißwasseraustrittsleitung für die thermische Ablaufsicherung,
A3 thermisches Ablaufsicherungsventil mit Kapillarrohr und Temperaturfühler.
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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.
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A4 Abflußtrichter mit Syphon.
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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.
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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.
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D) Verbrennungsluftregelung Die Verbrennungsluftregelung regelt sich
selbsttätig über einen pneumatischen Raumthermostat, der in demselben Raum installiert
ist, wie der Kachelofen.
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D1 Pneumatischer Raumthermostat mit Skalenanzeige in OC.
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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.
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E) wärmeenergie-Mediumträgerregelung (Heizungswasserregelung) Das
Heizungswasser regelt sich selbsttätig über einen elektronischen Raum- oder Boilerthermostat
in Verbindung mit einem Temperaturmikroschalter.
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E1 Netzanschluß, E2 Der Temperaturmikroschalter wird mit Strom versorgt.
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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.
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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.