DE8505894U1 - Rekuperator für Herde, Öfen und/oder offene Kamine - Google Patents

Description

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Edith Walther Düsseldorf, den 28JD2.1985 Schorlemerstraße 24 Anwaltsakte Dn-535

4000 Düsseldorf 11

Hermann Hutze Schorlemerstraße 22 4000 Düsseldorf 11

Rekuperator für Herde, öfen und/oder offene Kamine

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rekuperator zur Ausnutzung der Rauchgaswärme bei Herden, öfen und/oder offenen Kaminen.

Zur Beheizung beispielsweise von Wohnräumen, Geschäftslokalen, Werkstätten und Aufenthaltsräumen werden Herde, öfen und/oder offene Kamine verwendet. Hierbei strahlen diese Heizelemente die durch Verbrennen von z.P. Kohle, Briketts, Holz, öl oder Papier gewonnene Wärme über entsprechende Flächen des Heizelementes ab, während die bei der Verbrennung entstandenen heißen Rauchgase ungenutzt ins Freie abgeführt werden.

Lediglich die seit langem bekannten Kachelofen nutzen die im Rauchgas enthaltene Wärmeenergie zur zusätzlichen Beheizung aus. Hierbei werden die bei Jer Verbrennung entstandenen heißen Rauchgase über ein kompliziert ausgebildetes, langes Rauchgasrohrsystem derart abgeführt, daß die in dem Rauchgas enthaltene Wärmeenergie auf entsprechend ausgeformte Kacheln übertragen wird, die ihrer-

seits die so gewonnene Wärme speichern und langsam über einen gewissen Zeitraum abstrahlen.

Eine derartige Ausnutzung der Rauchgaswärme weist den Nachteil auf, daß hierfür sehr voluminöse und entsprechend kostenintensive Einrichtungen notwendig sind, die einen komplizier ton Aufbau besitzen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hinrichtung zur Ausnutzung der Rauchgaswärme zur Verfügung zu stellen, die einen einfachen, mit preiswerten Teilen zu errichtenden Aufbau aufweist und die entweder direkt oder aucli im nachträglichen Einbau mit einem hohen Wirkungsgrad bei Herden, öfen und/oder offenen Kaminen zu betreiben ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Rekuperator mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Rekuperator basiert auf dem Grundgedanken, ein :um Abführen von heißen Rauchgasen aus dem Verbrennungsraum! verwendetes Rauchgasrohr mit einem Luftströmungsrohr derart zu umgeben, daß zwischen dem Rauchgasrohr und dem Luftströmungsrohr ein zylindrischer Hohlraum ausgebildet wird. Hierbei weist das Luftströmungsrohr in einem unteren und einem oberen Abschnitt jeweils eine öffnung auf, die zum Zuführen bzw. Abführen der durch ein Gebläse zwangsumgewälzten Luft dienen. Durch Kontakt der in das Luftströrcungsrohr eintretenden kalten Luft mit den heißen Flächen des Rauchgasrohres wird die in dem Rauchgas enthaltene thermische

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Energie auf die kalte Luft übertragen, so daß diese während des Strömens durch den zylindrischen Hohlraum aufgeheizt wird und als heiße Luft das Luftströmungsrohr verlaßt. Ein derartiger Wärmeaustausch zwischen den heißen Rauchgasen und der kalten Luft kann allgemein bei allen Heizvorrichtungen durchgeführt werden, die ein entsprechendes Rauchgasrohi besitzen, wie beispielsweise bei Hürden, Ufcn oder offenen Kaminen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Rekuperators weist das Rauchgasrohr j Luftleiteinrichtungen auf, die derart angeordnet und

ausgebildet sind, daß sie zur Verbesserung des Wärmeaustausches die durch die Lufteintrittsöffnung einströmende Luft über die gesamte Außenfläche des heißen Rauchgasrohres führen. Vorzugsweise bestehen derartige Luftleiteinrichtungen aus Blechen, die spiralförmig

: auf der Außenfläche des Rauchgasrohrcs angebracht sind

und sich zwischen dem Luftströmungsrohr und dem

Rauchgasrohr vollständig erstrecken. Eine derartige Anordnung bewirkt, daß die Strömungsgeschwindigkeit der eintretenden kalten Luft vergrößert und somit der Wärme

austausch zwischen den heißen Rauchgasen und der

«· 25 kalten Luft verbessert wird. Was die Steigung der

Ä spiralförmigen Luftleiteinrichtungen anbetrifft, so

& ist anzumerken, daß sich hierfür ein Bereich zwischen

etwa 15° - 70° als besonders geeignet erwiesen hat. So kann beispielsweise mit einer solchen, in spiralförmigen Bahnen um das Rauchgasrohr geführten Luft die in dem Rauchgas enthaltene thermische Energie

mit einem Wirkungsgrad von ct\.a 85 % auf die kalte, f in den Rekuperator einströmende Luft übertragen j

werden. Ein derartig hoher Wirkungsgrad des neuerungs- j gemäß ausgebildeten Rekuperators wird darauf zurück- j geführt, daß mit Abnahme der Steigung der Luftleiteinrichtungen die kalte Luft nicht mehr im Gleichbzw. Gegenstrom sondern zunehmend im Kreuzstrom zum Rauchgas strömt. I

Abhängig von bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäß ausgebildeten Rekuperators sind vier verschiedene Luftführungen der kalten und der durch Kontakt mit der Außenflüche des Rauchgasrohres aufgeheizten Luft möglich. Eine erste Ausführungsform sieht vor, daß die kalte Luft aus dem selben Raum entnommen wird, in den die aufgeheizte Luft abgeführt wird. Bei einer zweiten Möglichkeit wird die kalte Luft dem Rekuperator aus einem Nachbarraum oder aus dem Freien über ein entsprechendes Rohrsystem zugo führt und die aufgeheizte Luft in den beispielsweise durch einen Herd, Ofen und/oder offenen Kamin beheizten Raum eingeleitet. Hiiie solche Luftführung weist zusätzlich dun Vorteil auf, daß sic cine Ständige Zufuhr von Juruh den Rekuperator erwärmter Frischluft ermöglicht. Eine derartige Ausführungsform bietet sich vorzugsweise für (iastbtättun oder Konferenz räume an, da üblicherweise hierfür hohe Frischluftmengen benötigt wurden. Line weitere Ausgestaltung verwendet die gleiche Zuführung der kalten Luft, leitet jedoch die durch den Rekuperator aufgewärmte Luft in weitere, andere Rauiuu, während bei einer vierten Ausführungsform die kalte Zuluft dem

durch den Ofen, Herd und/oder offenen Kamin beheizten Raum entnommen wird und die aufgeheizte Luft über entsprechende Rohrsysteme zur Beheizung von anderen Räumen dient. Bei einer solchen Luftführung können somit auch Nachbarräume beheizt werden, ohne daß diese über eine entsprechende Heizvorrichtung verfügen. Die beiden zuletzt ge^ nannten Ausführungsformen des erfindungsgemäQ ausgebildeten Rekuperators bieten sich beispielsweise für Ferien- oder Wochenendhäuser an, da bei diesen vielfach nur im Hauptwohnraum ein Herd, Ofen oder offener Kamin vorhanden ist.

Zur Verbesserung des Wirkungsgrades des erfindungsgemäß ausgebildeten Rekuperators weist eine spezielle Ausführungsform in einem oberen Abschnitt des Rauchgasrohres einen Einsatz auf, der beispielsweise als zylindrischer, einseitig offener und an seinem unteren Ende konisch zulaufender Körper ausgebildet ist. Der in bezug auf die Längsachse des Rauchgasrohres symmetrisch angeordnete Hinsatz bewirkt eine Querschnittsverengung des Rauchgusrohres, was zur Folge hat, daß die hierin strömenden Rauchgase in Richtung der Innenfläche des Rauchgasrohres abgelenkt werden und somit diese besonders gut aufheizen. Um die Menge des in Richtung der Innenfläche abgelenkten Rauchgases zu regeln, bietet ^rs r.'ch -n, z. B. in der .Bodenfläche des Einsatzes einen Schieber vorzusehen, der zwischen einer geschlossenen und einer offenen Stellung beliebig einstellbar ist. üin derartiger

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Schieber ermöglicht eine indirekte Reglung der Tempe ratur der aufgeheizten Luft, da mit zunehmendem Schließen des Schiebers auch die Menge der abgelenkten Rauchgase zunimmt, was zu einer Temperaturerhöhung des entsprechenden Abschnittes des Rauchgasrohres und somit auch zu einer Temperaturerhöhung der hieran vorbeiströmenden Luft führt.

Was das Material des erfindungsgemäß ausgebildeten Rekuperators anbetrifft, so empfiehlt es sich, abhängig von der Temperatur des Rauchgascs unlegierte oder legierte Stahlsorten zu verwenden, die ggf. zunderbeständig sind. Insbesondere bei hohen Rauchgasteraperaturen, die bis etwa 1000° C betragen können, haben sich legierte Chrom-Nickel-Stähle hervorragend bewährt.

Bei öinei üblichen Ausführung form des erfindungsausgebildt; :en Rekuperators weist das Luftströmungsrohr eine Wandstärke von etwa 2 mm, eine Länge von etwa 100 cm und einen Durchmesser von etwa 4 5 cm auf, während das Rauchgasrohr hierbei einen Durchmesser von etwa 40 cm besitzt. Ferner ist bei einer derartigen Ausführungsform der obere und untere Abschnitt des Luftströmungsrohrs zylindrisch auf einen Durchmesser von etwa 55 cm erweitert, um ein besseres Hinströmen bzw. Ausströmen der zugeführten Luft zu ermöglichen.

Was das Gebläse anbetrifft, so können hierfür übliche Saug- oder Druckgebläse eingesetzt werden. Ist jedoch ein Sauggebläse derart angeordnet, daß es dirßkt r.üt der durch den erfindungsgemäG ausgebildeten Rekuperator aufgeheizten Luft in Kontakt kommt, so empfiehlt es sich, daß (ϋ<> mit Oat toeäßm Luft in Berührung kommenden

Gebläsebauteile aus einem temperaturbeständigen⁴^ Material bestehen. Vorzugsweise wird jedoch ein Ventilator verwendet, der entweder direkt oder Über entsprechende Rohrsysteme die kalte Luft in die Lufteintrittsöffnung einführt.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgumüß ausgebildeten Rekuperators sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Hs zeigen:

Figur 1 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht einer Ausführungsform eines Rekuperators; und

Figur 2 eine schematische Darstellung der verschiedenen Luftführungsmöglicikciten.

Ein in Figur 1 gezeigter und mit 1 insgesamt bezeichneter Rekuperator weist ein Rauchgasrohr 2 auf, durch das die bei einer Verbrennung in einem nicht gezeigten Ofen, Herd oder offenen Kamin entstandenen Rauchgase in Pfeilrichtung 9 geführt werden. Das Rauchgasrohr 2 wird von einem Luftströmungsrohr 3, das sich bei der dort dargestellten Ausführungsform über die gesamte Länge des Rauchgasrohres erstreckt, .im Abstand umgeben. Das Luftströmungsrohr 3 weist in seinem unteren Abschnitt eine zylindrische Erweiterung 13 mit einer Lufteintrittsöffnung 5 und

in seinem oberen Abschnitt cine zylindrische Er%, Weiterung 14 mit einer Luftaustrittsöffnung 6 auf. Die Lufteintrittsöffming 5 ist über ein gestrichelt dargestelltes Rohrsystem 15 mit einem schematisch gezeigten fieblüsc 4 verbunden, während die dort dargestellte Ausführungsform an der Luftaustrittsöffnung 6 einen gestrichelt gezeichneten Stutzen Ib besitzt. In einem oberen Abschnitt des Rauchgasrohres 2 ist symmetrisch zu dessen Lüngsachse 17 ein zylindrischer, einseitig geschlossener Einsatz 10 vorgesehen, der einen konischen Abschnitt

12 an seinem unteren Knde und einen Schieber 11 in seiner Dodenfliichc besitzt. In dem Hohlraum zwischen dem Luftströmungsrohr 3 und Jem Rauchgasrohr 2 ist eine Vielzahl von Luftlciteinrichtungcn 18 spiralförmig auf der Außenfläche des Rauchgasrohrcs 3 angeordnet, wobei diese bei der dort dargestellten Ausführungsform eine Steinum· von etwa 20° aufweisen.

Die in Figur I dargestellte Altsführungsform funktioniert in folgender Weise:

Durch das Gebläse 4 wird über das Rohrsystem 15, die Lufteintrittsöffnun^ 5 und die zylindrische Erweiterung

13 dem Rekuperator ständig Luft zugeführt, die

den durch die Luftleiteinrichtungcn 18 spiralförmig ausgebildeten Hohlraum zwischen dem Rauchgasrohr 2 und dom Li.rtströuungsrohr 3 durchströmt und danach über die -ylindrischc Hruei temn_t; II, die I.uftaustrittsöffnujig ö und den Stutzen Iu in Pfuilrichtung ausgeblasen wird. Hierbei findet der Wärmeaustausch

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zwischen Jen in Pfeil richtung 9 von einem nic-ht gezeigten Ofen, Herd oder offenen Kamin aufsteigenden heißen Rauchgasen und der in Pfeil richtung 7 eintretenden kalten Luft statt. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Rekuperators werden in einem oberen Abschnitt des Rauchgasrohrcs die bereits durch diesen Wärmeaustausch abgekühlten Rauchgase durch de» h'insatz 10 in Richtung eines Abschnitts 20 des Rauchgasrohres 2 abgelenkt, wie dies durch die Pfeile 19 in Figur 1 zu entnehmen ist. Durch Betätigung des Schiebers 11 im Boden des üinsatzes 10 kann die Menge des abgelenkten Rauchgases variiert werden.

In Figur 2 sind in einem schematischen Grundriß sechs Räume 25 - 30 eingezeichnet, wobei vier dieser Räume 25 - 28 jeweils eine Heizvorrichtung, wie z.B. einen Herd, Ofen oder offenen Kamin und einen damit verbundenen Rekuperator 21 - 24 aufweisen. Der in dem Raum 25 vorhandene Rekuperator weist einen Lufteintrittsstutzcn 21a und einen Luftaustrittsstutzen 21b auf, die jeweils in dem gleichen Raum 25 münden, so daß die kalte Luft aus dem Raum 25 über den Stützen 21a in den Rekuperator 21 eingeführt und die dort aufgeheizte warme Luft über den Stutzen 21b in den gleichen Raum 25 cingeblasen wird. Der Rekuperator 22 weist ein RoHt 22 α zur Cinführurm von frischer, kalter Luft und einen Stutzen 22b zur Abführung der aufgeheizten Luft in den Raum 26 auf, so daß bei einer derartigen Anordnung neben der Ausnutzung der Wärme des Rauchgases noch zusätzlich eine Belüftung des Raumes 20 stattfindet.

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Ein entsprechendem !«uhr 23a weist dor Rekuperator 23 auf, so daß diesem frische, kalte Luft zugeführt wird. Die durch den Rekuperator 23 aufgeheizte Luft wird über ein Rohrsystem 23b, 23c S und 23d in die Räume 2¹J und 30 geführt, die somit beheizt und belüftet werden. Der im Raum 28 ungeordnete Rekuperator 24 weist einen Stutzen 24a zur Einführung von kalter Luft und ein Rohrsystem 24b, 24c und 24d auf, wobei die Rohre 24c und 24d in die Raune 29 und 30 geführt sind. Eine derartige Anordnung ermöglicht somit ein zusätzliches Beheizen der Räume 29 und 30, ohne daß diese über eine sonstige Heizvorrichtung verfügen. Neben den in Figur 2 grundsätzlich dargestellten Luftführungen sind jedoch auch andere denkbar, wobei beispielsweise ein Teilstrom der zugeführten kalten Luft aus dem Freien und ein weiterer Teil strom aus dem jeweiligen Raum entnommen wird. Analoges gilt naturgemäß auch für die durch den Rekuperator aufgeheizte warme Luft.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäQ 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 ⁰C beträgt, unterschreitet. Mit Hilfe einer derartigen Steuerung ist es möglich, ein Versotten des Kamines

zu verhindern. _.

Darüberhinaus kann der erfindungsgemäG ausgebildete Rekuperator auch eine die Drehzahl des Gebläses regu lierende 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.

Um eine unnötige Geräuschbelästigung bei dem erfindungsgemaß ausgebildeten Rekuperator durch das Gebläse zu vermeiden, empfiehlt es sich, hierfür geräuscharme Axial- bzw. Radialgebläse eirzusetzen.

Was die in den erfindungsgemäß ausgebildeten Rekuperator einströmende Luft anbetrifft, so ist anzumerken, daG diese sowohl im Gegen- als auch im Gleichstrom zum Rauchgas geführt werden kann, wobei die Luftleiteinrichtungen mit abnehmender Steigung zunehmend eine Kreuzgegen- bzw. Kreuzgleichströmung bewirken. Ferner verursachen die Luftleiteinrichtungen noch eine Erhöhung der Luftströmungsgeschwindigkeit sowie eine gleichmäßige Verteilung der in das Luftströmungsrohr eintretenden kalten Luft über die gesamte Außenfläche des Rauchgasrohres, so daß hierdurch der Wärmeaustausch zwischen den heißen Rauchgasen und der kalten Luft weiter verbessert wird.

Claims (14)

nsprüche

1. Rekuperator zur Ausnutzung der Rauchgaswänue von Herden, Ofen und/oJer offenen Kaminen, dadurch gekennzeichnet, daß er 'iin Rauchgas rohr (2) zum Abführen der Rauchgase, ein das Rauchgasrohr (2) mit Abstand umgebendes und sich wenigstens teilweise über dessen Länge erstreckendes Luftströmungsrohr (3) zum Führen von zu erwärmender Luft entlang der Außenfläche des Rauchgasrohres (2), wobei das LuftströmungstO rohr (3) eine Lufteintrittsöffnung (5) und eine Luftaustrittsöffnung (0) aufweist, und ein Gebläse (4) zur Zwangsumwälzung der Luft durch das Luf cströmungsi ohr (3) ui.ifaßt.

2. Rekuperator nach Anspruch 1, J a d u r c h g e kennzeichnet, daß er Luftleiteinrichtungen (lß'J aufweist, die zwischen dem Rauchgasrohr (2) und dem Luftströr.iungsrohr (3) angeordnet sind.

3. Rekuperator nach Anspruch 2, d a d u r c h g e kennzeichnet, daß die Luftlcitcinrichtungen (IB) als Bleche auf der Außenfläche des Ilaucligasrohres (2) ausgebildet sind.

4. Rekuperator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Luftlciteinrichtuii'ien (13) spiralförmig über das Ruuchgasrohr (2) erstrecken.

- 13 -

5. Rekuperator nach \nspruch 4, dadurch ge-

\ kennzeichnet, daß die Steigung der

spiralfürnigeu Luftleiteinrichtungen (18) 15° -

f. 70° betritgt.

s

%

6. Rekuperator nach einem der vorangehenden Ansprüche,

'» d a d u r c Ii gekennzeichnet, daß

der Abstand zwischen dei.i [.iiriätröKiungsrohr (3) und dujii Rauchgasrohr (2) 10 nun - 80 mm Vjträgt. 10

7. Rekuperator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die LuEtcintrittsöTEnung (5) und/oder die LuEtaustrittsöffnung (6) einen Stutzen (16, 21a, 24a)

aufweisen, der in die umgebende Atmosphäre mündet, und/oder an Rohr ic itungssy steine (15, 22a, 23a, 23b, 23c, 23d, 24b, 21c, ZId) muchl ic-Ghnr sind.

8. Rekuperator n.'ic)\ eincia der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

das Luftströmungsrohr (SJ in einem obcicii und einem unteren Abschnitt eine zylindrische Erweiterung (13, II) aufweist, wobei die LuLteintrittsöffnun;; (5) und die I.uftaustrittsöffnung (ö) in dieser lirweiterung angeordnet sind.

9. Rekuperator nach einem der vorangehenden Ansprüche, d u d u r c Ii gekennzeichnet, daß

er zum Ablenken der Rauchgase in Richtung der Innenfläche des Rauchgasrohros (2) einen innerhalb des Rauchgasrohres und in bezug auf dessen Längsachse (17) symmetrisch angeordneten Einsatz (10) aufweist.

10. Rekuperator nach Anspruch 'J, d a U u r c I^ gekennzeichnet, daß der Einsatz (10) als zylindrischer, einseitig geschlossener Körper ausgebildet ist, der einen konisch geformten Hodenabechnitt besitzt.

11. Rekuperator nach Anspruch 9 oder 10, d a durch gekennzeichnet, daß in der Bodenflache des Linsatzes (10) ein Schieber (11) zur llauchgasrct;ul ierung angeordnet ist.

12. Rekuperator nach eine*» der Ansprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet, daß der üinsatz (10) an cinei.i oberen Abschnitt (20) des Uauchi;asrohres (2) angeordnet ist.

13. Rekuperator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (2) eine Steuereinrichtung zum automatischen Ein- und Abschalten desselben in Abhängigkeit von der Rauchgastemperatur aufweist.

14. Rekuperator nach Anspruch 13, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Steuereinrichtung einen Sensor zur Erfassung der Rauchgastemperatur stromauf des Rekuperators aufweist.