DE4217072A1 - Elektrischer saunaofen - Google Patents
Elektrischer saunaofenInfo
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- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H33/00—Bathing devices for special therapeutic or hygienic purposes
- A61H33/06—Artificial hot-air or cold-air baths; Steam or gas baths or douches, e.g. sauna or Finnish baths
- A61H33/063—Heaters specifically designed therefor
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Description
Gegenstand dieser Erfindung ist ein elektrischer Saunaofen, der
einen wärmeisolierten Außenmantel, welcher die wärmespeichernde
Masse enthaltende Steinkammer umschließt, und einen oder mehrere
in der Steinkammer angeordnete elektrische Heizwiderstände zum
Aufheizen der wärmespeichernden Masse umfaßt, und zu dem Ein
richtungen zur Herstellung einer Luftstromverbindung zwischen
der Steinkammer und dem Aufstellungsraum des Saunaofens zwecks
Abgabe von Wärme aus der Steinkammer in den Ofen-Aufstellungs
raum oder alternativ zum Isolieren dieser beiden Räume voneinan
der zwecks Aufheizens der wärmespeichernden Masse gehören.
Oft haben elektrische Saunaöfen schlechte Dampfeigenschaften.
Die Sauna muß auf eine zu hohe Temperatur geheizt werden, da bei
niedrigerer Temperatur das Dampfspendevermögen nicht ausreicht.
Weiter kann auch die Aufheizungszeit zu lang sein.
In der finnischen Patentanmeldung 8 75 786 ist ein mit Speicher
masse und wärmeisoliertem Außenmantel versehener elektrischer
Saunaofen beschrieben, der einen sog. "Sofort-badefertig"-Ofen
repräsentiert. Bei einem solchen Saunaofen vermag ein Heizwider
stand kleiner Leistung die Steinkammer auf so hohe Temperatur
aufzuheizen, daß beim Öffnen des zum Ofen gehörenden Deckels,
das eine Luftstromverbindung zwischen Steinkammer und Saunaraum
zur Folge hat, sich der Saunaraum rasch auf Badetemperatur er
wärmt und man fast unverzüglich mit dem Saunabaden beginnen
kann.
Trotz seiner 100-kg-Steinfüllung ist ein solcher Saunaofen mit
Heizwiderständen hoher Leistung bestückt, da beim Baden der oben
genannte Heizwiderstand kleiner Leistung die Steine nicht auf
ausreichend hoher Temperatur zu halten vermag und die Steinmasse
nicht weiter vergrößert werden kann, denn der Ofen hat schon
jetzt sehr große Abmessungen. Der zum Aufheizen der Steinkammer
dienende Heizwiderstand kann z. B. eine Leistung von nur 300 W
haben, während die normalen thermostatgesteuerten Heizwiderstän
de des Saunaofens zusammen 6 kW haben.
Diese Normalheizwiderstände des Saunaofens erfordern Dreiphasen
stromversorgung mit wenigstens 10-Ampere-Sicherungen und oft so
gar mit 16-Ampere-Sicherungen. Wollte man den Saunaofen so ge
stalten, daß er dem traditionellen, mit Holz gefeuerten wärme
speichernden Saunaofen entspricht, so müßte die Steinkammer be
trächtlich vergrößert werden. Natürlich würde eine Steinfüllung
von 200 bis 500 kg die für normales Saunabaden erforderliche
Energie zu speichern vermögen, aber eine solche große Steinmenge
ist in den heutigen elektrischen Saunaöfen unpraktisch.
Alle bekannten elektrischen Saunaofentypen erfordern die vorge
nannte Leistung von mehreren Kilowatt. Dabei muß dann die Strom
versorgung des gesamten Hauses dem kurzzeitigen hohen Leistungs
bedarf des elektrischen Saunaofens entsprechend ausgelegt wer
den. Die Hauptsicherungen, die Hausanschlußleitungen und die
Transformatoren müssen so bemessen werden, daß sie dieser kurz
zeitigen Spitzenbelastung standhalten. Oft muß in die Verteilung
ein Alterniersystem eingebaut werden, das bei Einschalten des
Saunaofens irgendeine andere Last abschaltet.
Das Baden in Saunas mit elektrischen Saunaöfen erfolgt bei den
meisten Benutzern um die gleiche Tageszeit. In Finnland gibt es
mehr als 500 000 elektrische Saunas. Abend für Abend sind rund
100 000 Saunas gleichzeitig eingeschaltet. Der Energiebedarf pro
Saunabaden liegt bei etwa 8 kWh. Innerhalb von zwei Stunden wer
den dem Landesstromnetz somit rund 800 000 kWh entnommen. Die
durch den Betrieb der elektrischen Saunaöfen bedingte Leistungs
aufnahme führt in den Abendstunden zu einer ungünstig hohen
Spitze in der Stromproduktion.
Ausgehend von den oben aufgezählten Mängeln der bekannten elek
trischen Saunaöfen lassen sich die Eigenschaften für einen neuen
guten Saunaofen ableiten, nämlich:
- - sofort badebereit,
- - geringe Leistungsaufnahme,
- - gute Dampfeigenschaften bei niedrigen Temperaturen,
- - einfacher Anschluß ans Stromnetz,
- - Leistungsaufnahme erfolgt hauptsächlich nachts,
- - mäßige Größe.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
neuartigen wärmespeichernden elektrischen Saunaofen zu schaffen,
der die oben aufgezählten Zielsetzungen erfüllt. Die charakteri
stischen Merkmale des erfindungsgemäßen elektrischen Saunaofens
sind im Patentanspruch 1 niedergelegt. Im typischen Falle ist
die ihre Phase ändernde Masse irgendeine schmelzende Masse, be
vorzugt Aluminium, die über ihre Schmelzwärme für das Saunabaden
erforderliche Energie speichert. In Frage kommen könnte auch mit
verschiedenartigen Kristallstrukturveränderungen oder mit rever
sibler chemischer Reaktion verbundene Phasenänderungs-Wärmeener
gie. Mit Hilfe der Erfindung läßt sich in einem kleinen Sauna
ofen eine im Vergleich zu den bisherigen speichernden Saunaöfen
gewaltige Wärmeenergiemenge speichern. Der Wärmegehalt der Spei
chermasse läßt sich durch zweckmäßige Bemessung auf einen so
hohen Wert bringen, daß auf den Heizwiderstand hoher Leistung
völlig verzichtet werden und man sich auf einen ständig einge
schalteten Heizwiderstand kleiner Leistung beschränken kann.
Abweichend von der bekannten Technik, reicht für einen solchen
Saunaofen ein einphasig angeschlossener Heizwiderstand geringer
Leistung aus. Das als schmelzende Masse bevorzugt eingesetzte
Aluminium wird in einem Stahlbehälter angeordnet, dessen Innen
fläche mit einem auflösungsverhindernden Material verkleidet
wird, wie zum Beispiel hochtemperaturfestem Faserstrumpf, Glas
röhre oder Keramikschicht. In der Praxis erfolgt das Saunabaden
abends, das Aufheizen der Speichermasse hingegen zu einem Groß
teil nachts.
Die übrigen Vorteile und Anwendungsformen der Erfindung gehen
aus dem Text weiter unten hervor.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beige
fügten Abbildungen beschrieben, in denen einige Anwendungsformen
der Erfindung dargestellt sind. Es zeigt
Fig. 1 einen in schmelzender Masse Wärme speichernden
elektrischen Saunaofen;
Fig. 2 einen Querschnitt an der Stelle II-II in Fig. 1;
Fig. 3 eine andere Anordnung der schmelzenden Masse im Sauna
ofen.
Fig. 1 zeigt den erfindungsgemäßen Saunaofen im Schnitt bei ge
öffnetem Deckel. Der Ofen umfaßt den Außenmantel 1, der im we
sentlichen durchweg wärmeisoliert ist. Zu diesem Außenmantel ge
hört als Bestandteil der Deckel 2, der geöffnet werden kann. Der
wärmeisolierte Außenmantel 1 umgibt die Steinkammer 3 auch an
den Seiten und zum Teil bodenseitig dicht. In der Mitte der
Steinkammer 3 ist vertikal ein zylindrischer Behälter 5 angeord
net, in dessen Innerem sich wiederum ein zylindrischer Kanal 10
mit dem elektrischen Heizwiderstand 4 befindet. Der Behälter 5
wird von dem von den Zylindern begrenzten Raum gebildet, der mit
Aluminium 6 gefüllt ist. Die den Behälter 5 umgebende Steinkam
mer 3 ist mit einer gewöhnlichen Speichermasse, wie zum Beispiel
Saunaofensteinen 8, gefüllt. Verwendet werden können auch
synthetische, zum Beispiel keramische Saunaofensteine.
Am unteren Ende des Luftkanals 10 ist ein Ventil 9 angeordnet,
mit dem der Luftdurchsatz reguliert und das an eine Thermostat
anlage angeschlossen werden kann. Oberhalb des Luftströmungs
kanals ist in einem Abstand vom oberen Ende desselben eine
Abschirmung 13 angeordnet, die verhindert, daß das zwecks Dampf
bildung aufgegossene Wasser in diesen Kanal gelangt. Am Unter
teil des Saunaofens ist ein Schaltkasten für die elektrischen
Anschlüsse und die Thermostatschaltungen vorhanden.
Der Querschnitt in Fig. 2 zeigt die aus ineinander angeordneten
Zylindern bestehende Konstruktion des Saunaofens mit dem zentra
len Luftströmungskanal 10 und dem darin angeordneten Heizwider
stand 4.
Das o.g. Aluminium beziehungsweise Aluminiumlegierung ist ein
ideales Material zum Speichern von Wärme. Aluminium hat eine
hohe Schmelzwärme (Qs = 400 kJ/kg) und außerdem eine beachtlich
hohe spezifische Wärmekapazität (Cp = 900 J/kgC). Auch der
Schmelzpunkt des Aluminiums liegt äußerst günstig; er beträgt
je nach Legierung 550 bis 660°C. Aluminium hat ein spezifisches
Gewicht von 2,7 kg/l. Diese vorteilhaften Eigenschaften werden
bei dem erfindungsgemäßen Saunaofen genutzt. Das Aluminium wird
mit dem Heizwiderstand niedriger Leistung geschmolzen und bei
konstanter Temperatur in schmelzflüssigem Zustand gehalten. Beim
Heizen der Sauna und beim Baden gibt das schmelzflüssige Alumi
nium beim Erstarren und weiteren Abkühlen Wärme ab.
Ein Teil der in der Aluminiummasse enthaltenen Wärmeenergie wird
dazu verwendet, die Grundtemperatur der Sauna auf das gewünschte
Niveau zu erhöhen. Die in der Aluminiummasse verbliebene Energie
dient zur Aufrechterhaltung der Steintemperatur, damit dann die
gewünschte Menge Dampf erzeugt werden kann.
Dank dieser intensiven Wärmespeicherung ist es möglich, einen
Saunaofen zu konstruieren, der geringe Abmessungen hat und die
für ein Saunabaden ausreichende Menge Wärmeenergie zu speichern
vermag (10 kWh = 36 MJ). Das Gesamtvolumen der Speichermassen
des Saunaofens kann zum Beispiel sein:
- - Behälter mit Aluminiumfüllung 10 l = 27 kg Aluminium,
- - Steinkammer 23 l = 30 kg Saunaofensteine.
Das Gesamtvolumen beträgt somit 33 l, während es bei dem ein
gangs genannten bekannten "Sofortbereit"-Saunaofen rund 70 l
beträgt.
Fig. 3 zeigt eine Abwandlung gegenüber der in den Fig. 1 und
2 dargestellten Ausführungsform. Die nach deren Art einander
entsprechenden Teile tragen gleiche Bezugszahlen, wie Außenman
tel 1, Steinkammer 3, elektrischer Heizwiderstand 4 und Alu
miniummasse 6 sowie Luftkanal 10. Hier werden mehrere ringförmig
angeordnete Behälter 12 verwendet, die den besagten Luft
strömungskanal 10 einschließen. Der Heizwiderstand 4 ist auch
hier in diesem Kanal angeordnet. Die Behälter 12 werden völlig
dicht gestaltet, und in ihnen wird ein kleiner Ausdehnungsraum
belassen, wenngleich, wie Versuche ergeben haben, die eventuel
len Wärmeausdehnungsdifferenzen keine Probleme verursachen.
Wichtig hingegen ist, die Stahlbehälter-Innenfläche in passender
Weise zu verkleiden, damit das schmelzflüssige Aluminium keine
Auflösungserscheinungen am Stahlbehälter bewirken kann.
Bei dem Beispiel-Saunaofen erhält man eine Gesamtspeicherkapazi
tät wie folgt: Innerhalb des wärmeisolierten Außenmantels ist,
wie oben dargelegt, in eine Steinmasse von 30 kg ein Behälter
mit 10 l, also 27 kg Aluminium eingebettet. Die Schmelzwärme
energie des Aluminiums beträgt hierbei 3 kWh, und beim Abkühlen
von 700°C auf 200°C wird eine Energiemenge von etwa 3,4 kWh
freigesetzt. Das Abkühlen der Steinmasse von 600°C auf 200°C
liefert (im Mittel) eine Wärmeenergiemenge von rund 2,7 kWh, und
das Abkühlen der Ofenkonstruktionen 1 kWh, so daß also der
Saunaofen insgesamt über eine Speicherwärme von rund 10 kWh ver
fügt. Außerdem ist dieser Saunaofen bevorzugt mit einem 1000-W-
Heizwiderstand ausgerüstet, dessen Wärmeleistung beim Baden
gleichfalls zur Verfügung steht. Es stehen also dann während
zwei Stunden rund 12 kWh Wärmeenergie zur Verfügung, was zum
Saunabaden einer normalen Familie sattsam ausreicht. Bei Bedarf
wird der Heizwiderstand mit einer Überhitzungsschutzvorrichtung
ausgerüstet. Als solche funktioniert auch die Thermostatanlage,
mit der der Behälter 5 oder die Steinkammer 3 auf konstanter
Temperatur zu halten versucht wird.
In einer gewöhnlichen, 7 m3 großen Sauna wird normalerweise ein
6-kW-Saunaofen betrieben. In einem solchen Raum gewährleistet
der erfindungsgemäße wärmespeichernde Saunaofen, wie oben darge
legt, zwei Stunden lang normale Badeverhältnisse, selbst wenn
er ständig durch Aufguß belastet wird. Normalerweise wird aber
der Saunaofen nicht so intensiv belastet, so daß er dann über
mehrere Stunden normale Saunabadeverhältnisse garantiert.
Nach dem Baden beginnt der in den Saunaofen eingebaute 1000-W-
Heizwiderstand die Speichermasse erneut aufzuheizen und die er
starrte Aluminiummasse zu schmelzen. Das volle "Aufladen" eines
solchen Saunaofens aus kaltem Zustand beansprucht etwa 11 bis
12 Stunden. Die Leistung des Heizwiderstandes kann weiter
reduziert werden; selbst ein Heizwiderstand von 500 W würde ein
tägliches Saunabaden ermöglichen.
Im Journal of Engineering for Industry, 8/1975, Seiten 893-896,
"Thermal Energy Storage and Control"; Schröder, werden
verschiedenartige Salze und deren Gemische beschrieben. Zum
Beispiel LiF/MgF₂-Mischungen bieten gewisse Alternativen zu
Aluminium. Mit ihnen läßt sich eine bessere Wärmespeicher
kapazität als mit Aluminium erreichen.
Claims (10)
1. Elektrischer Saunaofen, bestehend aus einem wärmeiso
lierten Außenmantel (1), der die wärmespeichernde Masse enthal
tende Steinkammer (3) umschließt, und aus einem oder mehreren,
in der Steinkammer angeordneten elektrischen Heizwiderständen
zum Aufheizen der wärmespeichernden Masse (6, 8), wobei zu dem
elektrischen Saunaofen Vorrichtungen (2, 9) zur Herstellung einer
Luftstromverbindung zwischen Steinkammer (3) und Ofen-Aufstel
lungsraum zwecks Übertragung von Wärme aus der Steinkammer (3)
in den Ofen-Aufstellungsraum oder alternativ zum Isolieren die
ser beiden Räume voneinander zwecks Erhitzens der Speichermasse
(6, 8) gehören, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Spei
chermasse (6) von einer bei besagtem Erhitzen ihre Phase ändern
den Masse gebildet wird, die unter Ausnutzung der Phasenände
rungswärme für das Saunabaden dienende Energie bindet bezie
hungsweise abgibt.
2. Elektrischer Saunaofen nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die ihre Phase ändernde Masse (6) in einem
oder mehreren Behältern (5, 12) untergebracht ist.
3. Elektrischer Saunaofen nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens ein Behälter (12) aus einem
zwischen zwei ineinander angeordneten Zylindern gebildeten Raum
besteht, und der elektrische Heizwiderstand (4) in dem inneren
Zylinder angeordnet ist.
4. Elektrischer Saunaofen nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Saunaofen mehrere zylindrische Behälter
(12) umfaßt, die ringförmig angeordnet sind, wobei der
elektrische Heizwiderstand (4) im Ringmittelpunkt angeordnet
ist.
5. Elektrischer Saunaofen nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum für den Heizwiderstand
einen Teil des Luftströmungskanals (10) bildet und vertikal ver
läuft.
6. Elektrischer Saunaofen nach einem der Ansprüche 2 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (5, 12) völlig
geschlossen ist und in ihm ein kleiner Ausdehnungsraum belassen
wurde.
7. Elektrischer Saunaofen nach einem der Ansprüche 2 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (5, 12) eine
Innenauskleidung (11) hat, die verhindert, daß sich Behälter
werkstoff in der schmelzflüssigen Masse auflöst.
8. Elektrischer Saunaofen nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Innenauskleidung (11) des Behälters aus
einem der folgenden Elemente besteht: Faserstrumpf, Glasröhre,
Keramikauskleidung.
9. Elektrischer Saunaofen nach einem der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichermasse (6) eines oder
mehrere der folgenden Materialien umfaßt: Reines Aluminium, Alu
miniumlegierung, Salzmischung.
10. Elektrischer Saunaofen nach einem der Ansprüche 1 bis
9, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmeisolierte Außenmantel
(1) einen Deckel (2) hat, der geöffnet werden kann und in geöff
netem Zustand die besagte Luftströmungsverbindung zwischen
Steinkammer (3) und Ofen-Aufstellungsraum herstellt.
Applications Claiming Priority (2)
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FI912570A FI912570A0 (fi) | 1991-05-29 | 1991-05-29 | Elektrisk ugn. |
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FI (1) | FI90724C (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102015117325A1 (de) * | 2015-10-12 | 2017-04-13 | FinTec Sauna- und Wellnesstechnik GmbH | Saunaofen |
EP2457026A4 (de) * | 2009-07-22 | 2018-03-07 | Mika Tapio Reijonen | Wärmespeichernder kamin |
DE202018005659U1 (de) | 2018-04-16 | 2019-02-06 | Universität Stuttgart Körperschaft des öffentlichen Rechts | Windenergieanlage mit thermo-mechanischem Energiespeicher- und Energiewandlersystem zum klimaneutralen, umweltfreundlichen und energieautarken Betrieb einer Saunaanlage |
DE102018003136A1 (de) | 2018-04-17 | 2019-10-17 | Universität Stuttgart | Saunaanlage und Verwendung eines Speichersystems, umfassend einen Druckbehälter für eine Saunaanlage |
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- 1991-11-06 FI FI915223A patent/FI90724C/fi active IP Right Grant
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1992
- 1992-05-22 DE DE19924217072 patent/DE4217072A1/de not_active Withdrawn
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DE102015117325B4 (de) | 2015-10-12 | 2019-01-24 | FinTec Sauna- und Wellnesstechnik GmbH | Saunaofen |
DE202018005659U1 (de) | 2018-04-16 | 2019-02-06 | Universität Stuttgart Körperschaft des öffentlichen Rechts | Windenergieanlage mit thermo-mechanischem Energiespeicher- und Energiewandlersystem zum klimaneutralen, umweltfreundlichen und energieautarken Betrieb einer Saunaanlage |
DE102018003136A1 (de) | 2018-04-17 | 2019-10-17 | Universität Stuttgart | Saunaanlage und Verwendung eines Speichersystems, umfassend einen Druckbehälter für eine Saunaanlage |
DE102018003136B4 (de) | 2018-04-17 | 2023-03-23 | Universität Stuttgart | Saunaanlage und Verwendung eines Speichersystems, umfassend einen Druckbehälter für eine Saunaanlage |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI90724B (fi) | 1993-12-15 |
FI915223A0 (fi) | 1991-11-06 |
FI915223A (fi) | 1992-11-30 |
FI90724C (fi) | 1994-03-25 |
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