DE8400608U1 - Kachelofeneinsatz - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen 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.

Kachel-Einsatzöfen bestehen aus einer äußeren Ummantelung aus Kacheln und Schamottsteinen zur Speicherung und lang-/-S 10 samen 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 bereite zur besseren Ausnutzung der Wärmeenergie derartige Einsätze doppel- wandig ausgeführt und in dem sieh ergebenden Zwischenraum ein Wärmetauschmedium im Umlauf geführt. Nach einer anderen bekannten Ausführungsform wurden an den Innenseiten des Kachelofeneinsatzes wasserführende Röhre 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 einge-Q schränkt wird, weil die wasserführende Fläche an den Ümgebungswänden bzw. die an den Wänden verlegten wasserführen- den Rohre erhebliche Wärmeenergie entziehen, so daß an die äußere Kachel-Schamotteumhüllung weniger Wärme zur Aufheizung der Räume abgegeben wird, andererseits jedoch die Abgasteaperatur unverändert hoch (etwa 800 bis 1000"C) bleibt. Auf diese Weise geht sehr viel Wärmeenergie unge nutzt über den Schornstein ins Freie verloren.

Auch wird gemäß dem älteren Vorschlag der Patentanmeldung; P 33 26 004.4 ein Wärmetauscher beschrieben, der mehrere

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konzentrisch Im Abstand angeordnete Ringkammern für den Durchgang eines ersten Wärmetauschmediums und von den Ringkafflfiiern begrenzte ringförmige bzw. rohrförmige Durchgänge für ein zweites Wärmetauechmedium aufweist. Elnzeleegmente dieses Wärmetauschers kö:nnen über Nut- und Feder eingriff 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 zwi- sehen Ummantelung und Einsatz befindliche Luft bzw. die äußere Kachel-Sehamotteummantelung 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 fenge ordneten 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 ring« förmige Kammern für den Durchgang eines ersten Wärmetauschmediums und von den Kammern begrenzte ringförmige bzw. rohrförmige Durchgänge für die Rauchgase aufweisen.

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In spezieller Ausführungsform weisen die beiden Hohlkörper 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 ein« gemeinsame Trennwand unterteilt.
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Die zwischen den konzentrischen Kammern gebildeten Durchgänge O sind zweckmäßig jeweils im Abstand zur Trennwand durch eine Abschlußwand abgeschlossen.

vorzugsweise irft der Wärmetauscher mit zwei innenliegenden Rohren zur Aufnahme von zwei getrennten Fluidkreislaufen als thermische Ablaufsicherung versehen.

Es ist besonders vorteilhaft, den vorstehenden Wärmetauscher &US 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. Ablei-/-> tung 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 Reinigüfigsxleckel auf. 35

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 Kabelummantelung des | Kachelofens, während die spezielle Ausbildung des Brenn- | rosts aus Vierkantrohren mit seitlichen Löchern bessere Luftzufuhr ermöglicht, wodurch die Verbrennungsreaktion be-/-ν günstigt wird. Das in dem Wärmetauscher des Kachelofeneinsatzes aufgeheizte Medium ist für beliebige Heizzwecke vielseitig verwendbar und kann beispielsweise Heizkörper, I Fußbodenheizungen in anderen Räumen sowie Brauchwasser- | boiler mit Wärmeenergie versorgen. Die Reinigungsöffnung f des Kachelofeneinsatzes ist so angeordnet, daß der Wärme- % tauscher und das Rauchrohr von der Beschickungsseite sehr |

einfach gereinigt werden können. i

Der Kachelofeneinsatz der Erfindung besteht aus einem vorzugsweise kaetenförmigen Metallgehäuse» das durch einen im

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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 df.*» 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 Wärme»tauscher 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 fügt die beiden Hohlkörper zu einer funktioneilen 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

O , 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 Ring kammern 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 Ablauf sicherung eingebaut, die aus zwei innenliegenden Rohren zur Aufnahme von zwei getrennten Fluidkreislaufen besteht. Diese zweckmäßig in dem die beiden Hohlkörper verbindenden, vom ersten Wärmetauschmedium durchströmten Raum angeordneten Rohre sind mit handelsüblichen thermischen Ab lauf sicherung« vent ilen verbunden, welche die zusätzlichen Sicherheits-Fluidkreislaufe entsprechend der über Temperaturfühler eimittelten 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 Temperaturfühlers. 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, Rauiaheizkörper, Fußbodenheizung usw., beginnen.

Nach einer speziellen bevorzugten Ausfuhrungeform 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 Wäraietauschmedium nicht nur Jeweils ein konzentrisches Mehrringkammersystem in jedem Hohlkörper, sondern nach Durchgang des ersten Wannetauschmediums durch das erste Doppelhohlkörper-

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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 S danach weitere in sieh geschlossene, jedoch jeweils funktionell in Verbindung stehende Segmente des Doppelhohlkörpers zu durchströmen. Die Einzelsegmente dieser Aueführungsform 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 w Wärmetauschmedium aufeinanderfolgend ein Segment nach dem anderen durchströmt. Die Anzahl der Binzelsegmente des Wärmetauschers ist nicht begrenzt und richtet sich nach den Dimensionen des Kachelofeneinsatzes und der gewünschte·^ Energienutzung. Vorzugsweise sind fünf bis zehn Einzelsegmente zu einer KompaktStruktur 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

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vergrößerten Oberfläche einen optimalen Wärmeübergang vom ersten Wärmetauschmedium zum zweiten Wärmetauschmedium (Rauchgase). Durch die Anordnung eines derartigen Wärmetauschers im oberen Teil des Verbrennungsräume des Kachelofeneinsatzes ergibt eich aufgrund der direkten Aussetzung gegenüber der Verbrennungeflamme 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 O 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 ^v dabei eine rippenförmige, beispielsweise zickzackförmlge oder gewellte Ausgestaltung mindestens eines Teils der Ge häusewände, 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 beidseitlgen LufSaustrittslöchern. Die Verbrennungsluft wird von außen durch die Rohre und die seitlichen Löcher gleichmäßig an das Verbrennungsgut zur chemischen Reaktion herangeführt, wobei durch die seitliche Anordnung der Luftaustrittelöcher ein Verstopfen der Luftkanäle durch Ascheanteile vermieden wird.

Es ist besondere günstig, den Brennrost mit einem Luftregelungeschieber zu verbinden, der die Luftzufuhr manuell O 10 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 Ablaufsieherungssystems können dafür übliehe Fluide, insbesondere Wasser eingesetzt werden.

Das Metallgehäuse des Kachelofeneinsatzes kann aus den übliehen wärmebeständigen Metallen, wie beispielsweise Gußeisen, Stahlguß öder 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.

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Nachfolgend wird die Erfindung durch bevorzugte Auaführungsformen anhand der Zeichnungen erläutert, worin

Fig. 1 eine Ansicht, teilweise im Schnitt,eines erfindungs-

gemäßen Kachelofeneinsatzes«

5 Fig. 2 einen Querschnitt durch einen im Kachelofeneinsatz

\ der Erfindung enthaltenen Wärmetauscher,

Fig. 3 eine Ansicht des Wärmetauschers, teilweise im

Schnitt,

ii Fig. k eine weitere AusfUhrungsform des erfindungsgemäßen

Kaehelofeneinsatzes, Fig. 5 eine Außenansicht eines erfindungsgemäßen Kachel-

ofeneinsatzes und

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Wirkungsweise des erfyndungsgemäßen Kaehelofeneinsatzes

wiedergeben und gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bedeuten.

Aus Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kaehelofeneinsatzes ersichtlich« Das kastenförmige Gehäuse 1 besteht aus fünf miteinander festverjchraubteil Wandteilen aus Stahlblech oder Gußeisen, die an der Innenseite mit einer Schamottewand 2 ausgekleidet sind, während das ,·—ν 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 Brennrostes eine 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 Wannetauscher 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 Ringkammero 10, 11 für den Durchgang eines /-ν 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 Ringkammem 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 Hohlkörper 8 und 9 sind durch die äußere Ummantelung 28 zu-

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sammengefügt. Jeder Hohlkörper enthält zwei konzentrisch angeordnete Ringkammern 10, 11 für den Durchgang des ersten Wärmetauschmediums, 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 sin 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 Fluidkreislaufe aufnehmen. Durch dieses Sicherheitssystem ,_ können in Abhängigkeit von der Temperatur des ersten Wärme" *"* tauschmediums 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

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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 Ringkammern und Durchgängen weitergeleitet wird, wo sich die gleiche Fluidströmung fortsetzt, bis das durch den Wärmeaustausch mit dem Rauchgas nach Durchlaufen sämtlicher Segmente aufgeheizte erste Wärmetauschmedium über die Ableitung 21 zur Nutzung seiner Wärmeenergie abgezogen wird. Dabei stellt die Austrittsöffnung eines Segmentes gleichzeitig die Eintrittsöifnung 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 Einseisegmenten. Die jeweils längsaxial im Innern des Doppelhohlkörper-Wärmetauschers U-förmig geführten Rohre 16 und 17 nehmen getrennte Fluidkreislaufe 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 gezexgten Ausführungsform sind zwei Seitenwände und die Rückwand des Metallgehäuses 1 einschließlich der damit verbundenen Schamottewand 2 zickzäckförmig 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-

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höhten 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 Vorbzw. Rücklauf des ersten Wärmetauschmediums sowie den Rohren 16, 17 für die thermische Ablaufsicherung nngeordnet 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-Abzugs stützen 6 in Verbindung steht. Mit Hilfe des Reinigungsdeckels 23 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 /~s 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 aus um?, werden dem Kamin mit erheblich reduzierter Abgastemperatur zugeleitet.

In Fig. 6 wird die Regelung des Kache?ofeneinsatzes anhand eines Schaltschemas erläutert.

Die einzelnen Regelungsblöcke sind mit A, B, C, D und E aufgeführt, wobei die jeweiligen Indices die Einzelg.Uader bezeichnen.

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A) Thermische Ablaufsicherung

Die thermische Ablaufsicherung ist eine selbsttätig wirkende, von der Vorlauftemperatur des Wärmeerzeugers gesteuerte Einrichtung, die spätestens bei Erreichen einer Vorlauftemperatur von 100 ⁰C einen Wasserablauf am Wärmetauseher öffnet/ das Wasser gefahrlos ableitet und eine Temperatursteigerung am Wärmeerzeuger verhindert.

in der Zeichnung bezeichnen: ~. A₁ Kaltwassereintrittsleitung für die thermische Ablauf-

sicherung/

A₂ HeiBwasseraustrittsleitung für die thermische Ablaufsicherung/

A₃ thermisches AblaufSicherungsventil mit Kapillarrohr und Temperaturfühler.

Das thermische Ablaufsieherungsventil öffnet selbsttätig ab einer Temperatur von 100 ⁰C, somit kann das Kaltwasser in den Wärmetauscher eindringen und es drückt ungehindert das erwärmte Wasser in den Abfluß. A^ Abflußtrichter mit Syphon.

B) Sicherheitstechnische Ausrüstung von Warmwasserheizung mit Q Vorlauftemperaturen bis 110⁰C gemäß PIN 4751 Blatt 1 B₁ Entgasungsventil,

B₂ Druckmanometer,

B^ Sicherheitsventil,

B^ Füll- und Entleerungsventil,

Bg Ausdehnungsgefäß.
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C) Heizung (Wärmeenergieabnehmungsanlage) C₁ Wärmetauscher im Kachelofeneinsatz, C- Heizungsvorlauf,

C₃ Heizungsrücklauf,

C₄ Wärmeenergieabnehmer (Heizkörper, Fußbodenheizung, Brauchwasserboiler),

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C₅ Umwälzpumpen zur Umwälzung des Wärmeträgerinedi ums / C₆ Dreiwegemischer, die das Wärmeträgermedium je nach

Temperaturbedarf mischen/
C- Absperrventil,
S Cg Thermometer/

C₉ Rückschlagklappe.

D) Verbrennungsluftregelung

Die Verbrennungsluftregelung regelt sich selbsttätig über einen pneumatischen Raumthermostat, der in demselben Raum installiert ist/ wie der Kachelofen. D₁ Pneumatischer Raumthermofctat mit Skalenanzeige in ⁰C. Der Raumthermostat enthält eine Ausdehnungsflüssigkeit/ die sich auf Temperaturänderung bewegt/ und t5 diese Bewegung kann sich im

D₂ Kapillarrohr fortsetzen bis zum D₃ Regelungszylinder/ in dem sich ein Kolben bewegt und den

D- Verbrennungsluftregelungsschieber in die Stellung "Zu" oder "Auf" schiebt.

E) Wärmeenergie-Mediumträgerregelung (Heizungswasserregelw g) Das Heizungswasser regelt sich selbsttätig über einen elektronischen Raum- oder Boilerthermostat in Verbindung mit einem Temperaturmikroschalter. E₁ Netzanschluß,

E₂ Der Tempera turmikroscha.\ter 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.

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Die Umwälzpumpe C₅ fördert solange Heizungswasser* bis entweder der Wärmebedarf im Raum oder Brauchwasserboiler gedeckt ist und dadurch den Raumthermostat bzw. Boilerthermostat abschaltet, oder der Wärmetauscher im Kachelofeneineatz erzeugt keine Wärme energie mehr und somit wird dureh den Temperaturmikroschalter der Stromfluß (über Raumthermostat oder Böilerthermostat zur Umwälzpumpe) unterbrochen.

Claims (1)

1. DR-A-KOHUER :

   PROFESSIONAL REPRESENTATIVES SEFORE THE EMROPEAN PATENT OFFICE

   TELEFON: 108012 714741

   BMHHBBlBBBBBBlBlBSl ■ MÖNCHEN 40

   TELEGRAMME: CARBOPAT MÖNCHEN FRANZ-JOeEPH-STRASSE 4·

   S/Hi - N-102 26. Juli 1985

   Georg Niederneier 8311 Baierbach

   Kachelofeneineatz

   Schutzansprüche

   1· Kachelofeneineatz 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, dadurch gekennzeichnet. daß innerhalb des Verbrennungsraums ein Wärmetauscher (7/ angeordnet 1st, der aus zwei nebeneinander befindlichen, miteinander verbundenen Hohlkörpern (8, 9) besteht, die Jeweils mehrere konzentrisch im Abstand angeordnete, miteinander in Verbindung stehende* mindestens teilweise ringförmige Kammern (10, 11) für den

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   Durchgang eines ersten Wännetauschmedlums und von den Kananern begrenzte ringförmige bzw. rohrförmige Durch·

   gänge (12) für die Rauchgase aufweisen. i

   \ 2. Kachelofeneinsatz nach Anspruch 1 , dadurch gekennzelchnet, 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· Kachelofeneinsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge» kennzeichnet, daß die mindestens teilweise ringförmigen Kammern (10, 11) des Jeweiligen Hohlkörpers (8, 9) durch eine gemeinsame Trennwand (15) unterteilt sind.

   4. Kachelofeneinsatz nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Durchgänge (12) jeweils im Abstand zur Trennwand (13) durch eine Abschlußwand (18) abgeschlossen sind.

   3. Kachelofeneinsatz nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher mit zwei innenliegenden Rohren (16, 17) zur Aufnahme von zwei getrennten Fluidkreislauf en als thermische Ablaufsicherung versehen ist.

   6· Kachelofeneinsatz nach Anspruch 1 Me 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher mindestens zwei AnschluBhüisen (19, 20) zur Aufnahme eines Temperaturfühlers aufweist.

   7. Kachelofeneinsatz nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher aus mehreren, in Längsrichtung fest miteinander verbundenen Einzelsegmenten unter Verbindung der entsprechenden kon

   zentrischen, mindestens teilweise ringförmigen Kanunern

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   (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 Wärmetausehmedium versehen ist. S

   β. Kachelofeneinsat?, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß die einzelnen Segmente dee Wärmetauschers durch vertikal verlaufende Trennwände (30) voneinander getrennt sind, die jeweils mit einer Eintritteöffnung (14) bzw. einer Auetrittsöffnung (13) für das durchströmende Wärmetausehmedium versehen sind.

   9. Kachelofeneinsatz nach Anspruch 1 bis 8* dadurch gekenn» zeichnet, daß der Wärmetauscher Ober einen, mit abnehmbarem Reinigungsdeckel (23) versehenen Reinigungskasten (22) mit dem Rauchgas-Abzugsstutzen (6) verbunden ist.

   10« Kachelofeneinsatz nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet* daß mindestens ein Teil der Wände des Metal1-gehäuses (1) rippenförmig ausgebildet ist.

   25

   30

   11. Kachelofeneinsatz nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennrost (3) aus Vierkantrohren (24) mit seitlichen Luftaustrittslöchern (25) aufgebaut ist.

   12. Kachelofeneinsatz nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennrost (3) mit einem Luftregelungsschieber (26) verbunden ist.

   13. Kachelofeneinsatz nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftregelungsschieber (26) so ausgebildet ist, daß er Über einen Ratunthermostat regelbar ist.

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