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Rekuperator für erde, Ofen und/oder
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offene Kamine für Wohnzwecke Die vorliegende Erfindung betrifft einen
Rekuperutor zur Ausnutzung der Rauchgaswärme bei Werden, Ofen und/oder offenen Kaminen
für Wohnzwecke.
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Herde, Ofen und/oder offene Kamine werden auch heute noch zur Beheizung
von Wohnräumen, beis)ielsweise in Wohnhäusern, Ferienwohnungen, Wochenendhäusern
oder Jagdhütten benutzt.
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Bei einer derartigen Heizung wird ein Großteil der durch das Feuer
entstandenen Wärme nutzlos durch den Schornstein abgeführt. Bei einem offenen Kamin
werden beispielsweise 80 - 90% der durch das Feuer entstandenen Wärme nutzlos durch
den Schornstein abgeführt. Es sind Vorrichtungen bekannt, um den Wirkungsgrad bei
einem offenen Kamin zu verbessern.
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Üblicherweise weisen derartigebekannte Vorrichtungen Metallkassetten
auf, die in Seitenwänden und/oder der Bodenplatte des offenen Kamins angeordnet
sind und deren Oberflächen jeweils in Kontakt mit dem Feuer bzw. der Glut stehen.
Hierbei werden die dem offenen Feuer zugewandten Flächen der Kassette durch die
Strahlunqswärme des Feuers bzw. durch Kontakt mit dem Feuer erwärmt. Durch Kontakt
mit diesen
heißen Rassettenflachen wird die am Sockel des Kamins
eintretende kalte Zuluft erhitzt, die dann als aufgeheizte Warmluft aus oberen Austrittsöffnungen
der Kassetten ausströmt. Derartige Vorrichtung arbeiten somit nach dem Konvektionsprinzip
und erfordern teure Bauteile, da diese den hohen Temperaturen von etwa 12000 C -
15000 C und den korrosiven Einflüssen des Feuers widerstehen müssen.
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Ebenfalls nach dem Konvektionsprinzip arbeiten Vorrichtungen, bei
denen das Rauchgasabzugsrohr durch einen großvolumigen, mit Strahlungsfolien ausgekleideten,
oberhalb der Feuerung angeordneten Luftraum geführt wird.
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Eine derartige Anordnung erfordert beispielsweise ein Luftraumvolumen
von etwa 1 m3, um mit einem vertretbaren Wirkungsgrad die in dem Abgas enthaltene
Wärme auf die in diesen Luftraum eintretende kalte Zuluft zu übertragen.
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Weiterhin ist es zur Verbesserung des Wirkungsgrades eines offenen
Kamins bekannt, seine hintere Wand, seine Außenflächen oder seine innenliegenden
Seitenwände mit besonders ausgebildeten Keramik- oder Metallplatten auszukleiden,
um so den von der Feuerung abgegebenen Strahlungswärmeanteil zu erhöhen bzw. die
Wärme besser zu speichern. Eine derartige Auskleidung verbessert jedoch den Wirkungsgrad
des offenen Kamins nur geringfügig.
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Die nur bei offenen Aminen bekannten Vorrichtungen zur Verbesserung
des Wirkungsgrades weisen den Nachteil auf, daß sie in ihrer Wirksamkeit eingeschränkt
sind, eine großvolumige Bauweise aufweisen und/oder teure
Bauteile
erfordern.
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Der Erfindungliegt die Aufgabe zugrunde, einen Rekuperator der eingangs
beschriebenen Art zu schaffen, die den Wirkungsgrad eines Herdes, Ofens oder eines
offenen Kamins verbessert und eine mit preiswerten Bauteilen zu realisierende kompakte
Bauweise aufweist, so daß sie einfach entweder direkt oder auch nachträglich ohne
große baulichen Änderungen eingebaut werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindunqsgemäß durch einen Rekuperator mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Der erfindungsgemäß ausgebildete Rekuperator basiert auf dem Grundgedanken,
den heißen Rauchgasen einen Großteil ihrer Wärme durch wenigstens ein mit einer
Lufteinlaßkammer und einer Luftaustrittskammer verbundenes Wärme austauschrohr zu
entziehen, deren Außenflächen mit den Rauchgasen und deren Innenfl ächen ntit der
durch ein Gebläse zwangsweise zugeführten kalten Frischluft jeweils in Kontakt stehen.
Hierbei wird über die Wand des Wärmeaustauschrores und huber die Gehäuse der beiden
Kammern die in den Rauchgasen enthaltene Wärme auf die in diesem Rohr bzw. in diesen
Kammern strömende Luft übertragen. Der bei dem erSindungsqemäß ausgebildeten Rekuperator
durch das Gebläse verursachte hohe Luftdurchlaß und die hohen Temperaturen der Rauchgase
ermöglichen eine kompakte bauweise. Da der Rekuperator nicht mit dem in Vergleich
zum Rauchgas wesentlich heißeren Feuer und/oder der Glut in Kontakt stehen,
können
hierfür im Vergleich zu den bekannten Kassetten wesentlich preiswertere und nicht
so widerstandsfähige Materialien einqesetzt werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der Rekuperator
eine Vielzahl von Wärmeaustauscttrohren aufweist, die quer zur Rauchasströmungsrichtung
angeordnet sind. Dies bewirkt eine wesentliche Vergrößerun der Wärmeübertragungsflächen,
so daß hierdurch der Wirkungsgrad des Rekuperators erheblich verbessert wird. Bei
einer derartigen Ausführungsform ist jedoch besonders darauf zu achten, daß der
durch den Strömungswiderstand der Vielzahl der Wärmeaustauschrohre hervorgerufene
Druckverlust des Rauchgasabzuges so qerinn ist, daß die Rauchgase der Feuerung noch
unbehindert abgeführt werden. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, daß die
Wärmeaustauschrohre einen Mittenabstand von etwa 40 - 80 mm, abhängig von dem jeweiligen
Durchmesser, der zwischen etwa 30 - 60 nun liegt, aufweisen. Üblicherweise besitzt
ein derartiges Wärmeoaustauschrohr eine Wandstärke von etwa 1,5 mm - 4,0 mm und
besteht aus einem üblichen, dem mit dieser Problematik vertrauten Fachmann bekannten,
unlegierten Sttl}ll.
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Eine spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Rekuperatc)rs,
der besonders für den nachträglichen Einbau in einen bereits vorhandenen Herd, Ofen
oder offenen Kamin geeignet ist, besteht aus einer C1rundplatte und einer darin
vorgesehenen rechteckigen Rauchgasöffnung. Oberhalb dieser Rauch-
gasöffnung
sind wenigstens zwei Wärmeaustauschrohre angeordnet, die eine Lufteinlaßkammer mit
einer diametral gegenüberliegenden Luftumlenkkammer und diese mit einer Luftaustrittskammer
verbinden, wobei die Luftaustrittskammer in einem Abschnitt der Lufteinlaßkammer
angeordnet ist und alle drei Kammern auf dieser Grundplatte befestigt sind. Ein
vor der Lufteinlaßkammer befindlicItes Gebläse, das in diesem Ausführungsbeispiel
ein Ventilator ist, fördert die Zuluft mit einer Durchflußmenge von ttwa 150 - 400
m3/h, wobei diese durch die Lufteintrittskammer und das erste Wärmeaustauschrolir
in die Luftumlenkkammer und von dort durch das zweite Austauschrohr in die Luftaustrittskammer
strömt.
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Abhängig von der Anzahl der Umlenkungen der Luftströmung weist der
erfindungsgemäß ausgebildete Rekuperator eine entsprechende Anzahl von Luftumlenkkammern
auf. Üblicherweise wird mit ein bis drei Luftumlenkungen gearbeitet, was zur Folge
hat, daß ein bis drei Luftumlenkkammern vorgesehen sind. Ebenso ist es möglich,
daß mehrere Wärmeaustauschrohre von der Lufteinlaßkammer in die Luftumlenkkammer
führen und von dort weitere Wärmeaustauschrohre in die Luftaustrittskammer gehen.
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Bei einem nachträglichen Einbau in zinen bereits vor handenen iterd,
Ofen oder offenen Kamin ist es lediglich notwendig, die Grundplatte an die Rauchgasöffnung
anzupassen und dort zu befestic sowie den Ventilator an Strom anzuschließen. Mit
einer derartig einfach zu installierenden Ausführungsfornr, die beispielsweise nur
eine Höhe von 110 mm und eine fär Rauchgasabzüge
übliche Breite
sowie Tiefe aufweist, kann der IIauptteil der Wärmeenergie dem Rauchgas entzogen
werden.
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Hierbei wird der Rekuperator derart ausgebildet, daß die Temperatur
der aufqeheizten Zuluft einen Wert von etwa 1500 C nicht übersteigt.
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Wird der erfindungsgemäß ausgebildete Rekuperator zusammen mit einem
Ofen, lierd oder einem offenen Kamin betrieben, der eine beispielsweise durch eine
Glasplatte oder eine Fußplatte zu verschließende Feuerung öffnung aufweist, so empfiehlt
es sich, als material für die Wärmeaustauschrollre und die -kammern einen legierten,
zunderbeständiqen Stahl zu verwenden, da hierbei, bedingt durch den verschlossenen
Brennraum, die Abgastemperaturen wesentlich höher liegen können.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten
kekuperators sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und
in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen: Figur 1 einen
Horizontalschnitt einer Ausführungsform eines Rekuperators mit ein@facher Umlenkung,
FitJur 2 eine Vorderansicht eines offenen Kamins, die die in Figur 1 dargestellte
Ausführungsform im eingebauten Zustand zeigt.
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Die in Figur 1 dargestellte Ausführungsform weist eine Grundplatte
6 auf, auf der jeweils eine Lufteinlaßkammer 1, eine Luftaustrittskammer 3 und eine
Luftumlenkkammer 8 befestigt sind. Ferner besitzt die Grundplatte 6 eine Rauchgasöffnung
7, wobei mit 4 bezeichnete Wärmeaustauschrohre über dieser öffnung angeordnet sind.
Ein mit 12 bezeichneter Abschnitt der Grundplatte dient zur Lagerung eines nicht
dargestellten Ventilators.
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Der in Figur 1 dargestellte Rekuperator funktioniert in folgender
Weise: In Pfeilrichtung 20 wird die zu heizende Zuluft durch das nicht dargestellte
Gebläse in die Lufteinlaßkammer 1 eingeführt, wobei die Luft in Pfeilrichtung 21
und 22 durch die mit der Lufteinlaßkammer verbundenen beiden hinteren Wärmeaustauschrohre
4 strömt. Hierbei wird diese Luft durch die in Pfeilrichtung 5 strömenden Rauchgase
erwärmt und tritt in Richtung der mit 23 und 24 bezeichneten Pfeil aus den Wärmeaustauschrohren
aus und in die Luf tuml. cnkkanmcrr 8 ein Hier wird diese nach vorne transportiert
und tritt in Richtung der Pfeile 25 und 26 in die beiden vorderen Wärmeaustauachrohre
ein, wo sie durch die von außen an diesen beiden Rohren vorbeiströmenden Rauchgase
weiter aufgeheizt wird, bis sie an den niit 28 und 29 bezeichneten Stellen die vorderen
Wärmeaustauschrohre verläßt und in Pfeilrichtung 27 aus der Luftaustrittskammer
3 austritt.
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Ein in Figur 2 dargestellter Rekuperator t3 ist im oberen Abschnitt
eines offenen Kamins 10 durch nicht ge-
zeigte Schrauben befestigt.
Hierbei wird die kalte Zuluft durch einen Ventilator 2 seitlich in pfeilrichtung
20 angesaugt, strömt durch den Rekuperator und verläßt diesen durch eine Luftaustrittskammer
3 in Pfeilrichtung 27. Durch die von einem Feuer 11 in Pfeilrichtung 5 aufsteigenden
heißen Rauchgase wird die durch den Rekuperator 9 stromende Luft, wie vorstehend
ausgeführt, erhitzt.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten
Rekuperators ist dieser mit einer Steuereinrichtung versehen, die das Gebläse abhängig
von der Rauchgastemperatur ein- und abschaltet. Vorzugsweise ist stromauf des Rekuperators
ein Sensor angeordnet, der ein Signal zum Abschalten des Gebläses erzeugt, wenn
die Rauchgastemperatur eine vorgegebene Temperatur, die beispielsweise etwa 160
- 180 °C beträgt, unterschreitet. Mit Hilfe einer derartigen Steuerung ist es mönlich,
ein Versotten des Kamines zu verhindern.
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Darüberhinaus kann der erfindungsgemäß ausgebildete Rekuperator auch
eine die Drehzahl des Gebläses regulierende Steuerung aufweisen. Hierbei ist ebenfalls
stromauf des Rekuperators ein Sensor angeordnet, der abhängig von der jeweiligen
Temperatur des Rauchgases Signale zur Regulierung der Drehzahl des Gebläsemotors
erzeugt.
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Um eine unnötige Geräuschbelästigung bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten
Rekuperator durch das Gebläse zu vermeiden, empfiehlt es sich, hierfür geräuscharme
Axial- bzw. Radialgeblase einzusetzten.