EP0082306B1

EP0082306B1 - Lokale Heizanlage

Info

Publication number: EP0082306B1
Application number: EP82110577A
Authority: EP
Inventors: Lászlo Dr. Toth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-11-16
Filing date: 1982-11-16
Publication date: 1986-09-10
Also published as: DD207968A5; ES517381A0; NO823819L; FI823913A0; US4526319A; JPS5895145A; ES8400817A1; PL239061A1; ATE22167T1; CS816682A2; HU186793B; CA1207621A; CS244428B2; FI823913L; DE3273232D1; EP0082306A1; PL136844B1; DK503882A

Description

Die Erfindung betrifft eine mit beliebigem Heizmaterial beheizbare in gleicher Weise mit direkter und indirekter Wärmeabstrahlung betreibbare lokale, d. h. unmittelbar in dem zu beheizenden Raum befindliche Heizanlage.
Derartige lokale Heizanlagen werden nach ihrer Betriebsart wie folgt unterschieden :

a) Heizanlagen, welche die durch Verbrennung erzeugte Wärmeenergie mit der Verbrennung nahezu linear unmittelbar abstrahlen (Eisenöfen, Plattenfeuerstellen, Ölöfen, Heizsonnen und dgl.),
b) Heizanlagen, welche die durch Verbrennung erzeugte Wärmeenergie zum Teil in einem Wärmespeicher speichern und die gespeicherte Wärmeenergie mit zeitlicher Verzögerung indirekt abstrahlen (Kachelöfen, Öl- oder wassergefüllte Radiatoren, Wärmekamine und dgl.).

Die zur ersten Gruppe gehörenden Heizanlagen haben den Vorteil, daß ihre Wärmeabstrahlung praktisch sogleich mit Beginn ihrer Inbetriebnahme erfolgt.
Infolge ihrer recht geringen Wärmeträgheit hört jedoch ihre Wärmeabstrahlung praktisch sofort oder mit nur kleiner Verzögerung nach Beendigung der die Wärmeenergie erzeugenden Verbrennung auf. Auch ist ihre Erwärmungswirkung abhängig von der Energiedichte proportional mit der Entfernung von ihrer Abstrahloberfläche. Die zur zweiten Gruppe gehörenden mit einem Wärmespeicher versehenen Heizanlagen besitzen den Vorteil, daß sie infolge ihrer großen Wärmeträgheit die erzeugte Wärmeenergie unabhängig vom Zeitpunkt der Wärmeerzeugung mit gleichmäßiger zeitlicher Verteilung abgeben. Dies führt jedoch wiederum zu dem Nachteil, daß der Beginn der Wärmeabstrahlung und die Erwärmung des zu beheizenden Raumes mit nicht unerheblicher Verzögerung eintreten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine lokale Heizanlage der eingangs genannten Gattung zu schaffen, welche die Vorteile der unmittelbaren und der mittelbaren Wärmeabstrahlung bei Erzielung eines größstmöglichen Wirkungsgrades vereinigt und deren Leistung dem jeweiligen Wärmebedarf und der Größe des zu beheizenden Raumes leicht angepaßt werden kann. Gleichzeitig soll diese Anlage so beschaffen sein, daß sie ohne maßgebenden Wirkungsgradverlust mit beliebigem Heizmaterial gespeist und schnell auf das jeweilige Heizmaterial umgestellt werden kann.
Die zur Lösung dieser Aufgabe dienenden Merkmale der Erfindung sind im Anspruch 1 angegeben. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die Heizanlage, die in an sich bekannter Weise sowohl mit unmittelbarer als auch mit mittelbarer Wärmeabstrahlung funktioniert, aus hohlwandigen keramischen Modulelementen besteht, die entsprechend dem jeweiligen Wärmebedarf mit einem wärmespeichernden Material, z. B. Sand, in entsprechender Menge gefüllt werden können bzw. daß die Heizanlage aus einer dem jeweiligen Wärmebedarf entsprechenden Anzahl von solchen Modulelementen zusammengesetzt werden kann. Dabei wird der optimale Wirkungsgrad durch den gerippten keramischen Reaktormantel erhöht.
Die erfindungsgemäße Heizanlage vereinigt die Vorteile der verschiedenen möglichen Betriebsarten, indem über den äußeren wärmespeichernden Mantel eine verzögerte indirekte Wärmeabstrahlung realisiert wird, während die in den inneren Raum des inneren wärmespeichernden Mantels mündenden Luftkanäle den unmittelbaren und sofortigen Aufstieg der im Reaktor sich bildenden Wärmemenge in den zu heizenden Luftraum ermöglichen. Die ohne Richtungswechsel ausgeführte, schraubenlinienförmige Ausbildung des Rauchzuges ermöglicht einesteils eine maximale Ausnutzung der erzeugten Wärmeenergie für die Erhitzung des Ofenkörpers, anderenteils trägt sie dazu bei, mittels der sich aus dem Temperaturunterschied der Rauchgase ergebenden kinetischen Energie einen ausreichenden Kaminzug für das Abziehen der Rauchgase zu sichern. Übrigens wird es gerade durch diesen Umstand ermöglicht, daß die erfindungsgemäße Heizanlage mit jeder Art von Heizmaterial betrieben werden kann.
Durch die DE-C-219381 ist zwar eine lokale Heizanlage mit direkter und/oder indirekter Wärmeabstrahlung bekanntgeworden, die einen den Brennraum aufnehmenden metallischen Reaktor und einen über den Reaktor im wesentlichen schraubenlinienförmig ausgebildeten Rauchzug und verschiedenen Luftkanälen beschreibt. Diese bekannte Heizanlage besitzt jedoch keine wärmespeichernden Mäntel. Auch ist bei ihm der Reaktor nicht unmittelbar von einem keramischen gerippten Reaktormantel umgeben. Bei einer derartigen lokalen Heizanlage derartige Merkmale anzuordnen, hat jedoch nicht nahegelegen, auch wenn durch die DE-C-202024 ein Kachelofen aus übereinanderliegenden hohlen Ringelementen bekanntgeworden ist, die jeweils für sich rundumlaufende Kanäle bilden. Diese Ringe dienen nämlich dort zur Rauchgasführung und nicht zur Aufnahme von wärmespeicherndem Material.
Bei dem Warmluft-Zirkulationsofen der CH-A-219074 sind spiralförmige Rauchgaskanäle vorhanden, welche die Wärme an vertikale Warmluftkanäle abgeben, die an der Außenseite der Heizanlage angeordnet sind. Jedoch fehlen auch bei diesem Warmluft-Zirkulationsofen jegliche Wärmespeicher.
Die erfindungsgemäße Ausbildung bietet den Vorteil, daß die Heizanlage in ihrer Herstellung einfach ist und rasch und leicht montiert werden kann sowie gleichzeitig gut transportabel ist. Durch Auffüllung der Hohlräume der Modulelemente mit wärmespeicherndem Füllmaterial, z. B. Sand, in entsprechender Menge kann das Gewicht der Heizanlage und damit auch ihre Standfestigkeit, Wärmebelastung und Wärmekapazität sowie Abstrahlungsträgheit innerhalb gegebener Grenzen beliebig eingestellt werden.
Die den äußeren wärmespeichernden Mantel der Heizanlage bildenden keramischen Modulelemente können beliebige Oberflächenausbildung. (z. B. Glasurschicht) haben und mit dieser in einem Verfahrensgang gebrannt werden. Weitere Einzelheiten und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung, in der eine besonders Vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizanlage dargestellt ist.

Figur 1 zeigt eine Ansicht dieser Ausführungsform, teilweise im Schnitt,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie A-A in Fig. 1 durch den Reaktorteil dieser Ausführungsform,
Figur 3 einen Schnitt nach der Linie B-B in Fig. 1 durch den Rekuperatorteil dieser Ausführungsform.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, besteht die erfindungsgemäße Heizanlage aus zwei Teilen, und zwar aus einem Reaktorteil und aus dem darüber ausgebildeten Rekuperatorteil. Das Gewicht des von diesen gebildeten Ofenkörpers wird von einem lastenverteilenden Fußteil 1 aufgenommen und verteilt. Den Kern des Reaktorteiles bildet der den Brennraum 2 umfassende, aus Gußeisen oder Stahlplatten hergestellte Reaktor 3, welcher im wesentlichen an eine Eisenofen erinnert. Der Reaktor 3 wird von einem Reaktormantel 4 umgeben, welcher zweckmäßig aus ringförmigen, gerippten, keramischen Modulelementen besteht. Der Reaktormantel 4 legt sich, wie in Fig. 2 deutlich sichtbar ist, mit seinen axialen Rippen 5 an die innere Wand des die Heizanlage von aussen begrenzenden, ebenfalls aus ringförmigen, aber ungerippten keramischen Modulelementen bestehenden aeusseren waermespeichernden Mantels 6, wobei seine Rippenzwischenraeume 7 mit dieser inneren Wand gemeinsam von den in Höhe des Brennraumunterteiles befindlichen, mit Klappen verschliessbaren Anschlussstutzen 8 ausgehende und in den Innenraum 10 des im Rekuperatorteil über dem Reaktor 3 angeordneten inneren waermespeichernden Mantels 9 mündende Luftkanaele bilden. Der innere waermespeichernde Mantel 9 stimmt in der Höhe mit dem aeusseren waermespeichernden Mantel 6 überein, aber er besteht aus kleineren ringförmigen keramischen Modulelementen und sein Innenraum 10 öffnet sich unmittelbar in den zu heizenden Raum. Zweckmaessig sind sowohl in dem aeusseren waermespeichernden Mantel 6 als auch in dem inneren waermespeichernden Mantel 9 in den Waenden der Modulelemente in axialer Laengsrichtung Hohlraeume 11 ausgebildet, die mit Füllmaterial, zweckmaessig mit Sand ausfüllbar sind.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Heizanlage entspricht die Höhe des Reaktorteiles des aeusseren waermespeichernden Mantels 6 der Höhe von vier aufeinander gesetzten ringförmigen keramischen Modulelementen. Die ersten beiden Modulelemente nehmen den Reaktor 3, den Aschenraum 12 und den im Aschenraum befindlichen Aschenkasten 13 ein (oder im Falle von Ulfeuerung den Heizölbehaelter bzw. bei Gasfeuerung den Gasregulierer und die Anschlussarmaturen), darüber befindet sich der Rost 14 und die Glutfangtür 15, welche von aussen durch eine an den Türansatz des Reaktors montierte, mit einem Verschlusselement 16 regulierbaren Spaltquerschnitts versehene Aschenraumtür 17 bedeckt sind, und schliesslich die schon erwaehnten Anschlussstutzen 8, welche mit verschliessbaren Klappen versehen in Höhe des Rostes 14 in den zu heizenden Luftraum münden. Bemerkenswert ist, dass der lastenverteilende Fussteil 1 in gegebenen Fall mit dem untersten Modulelement des aeusseren waermespeichernden Mantels 6 ein Stück bilden kann.
Ober der Aschentür 17 ist mit einem auf die Grenzlinie des dritten und vierten Moduleiementes des aeusseren waermespeichernden Mantels 6 fallenden Mittelpunkt eine Tür 18, die zur Zuführung des festen Heizmateriales in den Reaktor 3 dient, ausgebildet, in welche zweckmaessig ein die Beobachtung des Brennraumes 2 ermöglichender, feuerfester, durchsichtiger Glaseinsatz eingebaut ist. Das vierte Modulelement umgibt den obersten Teil des Reaktors 3, welches von oben mit einer den Waermeaustausch begünstigenden gerippten Haube 19 verschlossen ist und von hier beginnt auch der Ansatz 20 des Rauchzuges, welcher den Brennraum 2 des Reaktors 3 mit dem zwischen den waermespeichernden Maenteln 6 und 9 im Rekuperatorteil ausgebildeten Rauchzug 21 verbindet, der im Wesentlichem eine schraubenlinienförmige Bahn beschreibend in einem Rauchabführansatz 22 endet. Die Lage der waermespeichernden Maentel 6 und 9 im Verhaeltnis zueinander, bzw. die Zusammenstellung ihrer Modulelemente wird durch aus Keramik hergestellte, mit Sand ausfüllbare, als Paare ineinander einfügbare Abstandsringe 23 und 24 gesichert, wobei der Abstandsring 23 von dem in ihn einfügbaren Abstandsring 24, waehrend der Abstandsring 24 von dem Deckring 25 abgeschlossen wird. Diese Anordnung ist besonders auf Fig. 3 vergleichend mit der Fig. 1 deutlich sichtbar. Diese Abstandselemente sind mit solchen Durchbrüchen 26 versehen, welche einen kontinuierlichen Aufstieg des Rauchzuges 21 ohne Richtungswechsel sichern bzw. das Hinübergelangen des Rauchgases in die Etage der folgenden Modulelemente sichern.
Ober den Ofenkörper, genauer gesagt, über den in dem zu heizenden Luftraum mündenden Innenraum 10 des inneren waermespeichernden Mantels 9 ist es vorteilhaft in den Weg der mit verhaeltnissmaessig grosser Geschwindigkeit nach oben strömenden Warmluft einen auf der Zeichnung nicht dargestellten waermeverteilenden Schirm aufzumontieren, welcher einerseits die Zimmerdecke schützt, anderseits breitet er die austretende Warmluft in dem zu heizenden Luftraum aus. Auf der Zeichnung ist eine Lufttransportvorrichtung ebenfalls nicht dargestellt, welche zweckmaessig in den Innenraum 10 eingebaut ist und wenn notwendig, mit ihrer Funktion neben der aus dem Temperaturunterschied sich ergebenden kinetischen Energie die Luftbewegung befördert, die im Falle von Fussbodenheizung auch entgegen der üblichen Richtung, also nach unten bewegend, möglich ist.
In dem letzteren Fall ist natürlich unbedingt die Betaetigung der Lufttransportvorrichtung notwendig. Zum Schluss ist der Einbau eines Zugfühlers in den Rauchabführansatz 22 ebenfalls zweckmaessig, welcher immer entsprechend der Ansprüche der gegebenen Feuerungsart die Depression des Feuerraumes kontrolliert und damit ebenfalls dazu beitraegt, dass die erfindungsgemaesse Heizanlage mit Heizmaterialarten beliebigen Aggregatzustandes betrieben werden kann.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemaessen Heizanlage wird nachstehend für den Fall der Anwendung von festen Heizmaterial dargelegt.
Das feste Heizmaterial wird über die kreisförmige, mit durchsichtigem, feuerfesten Glaseinsatz versehene Tür 18 in den Reaktor 3 auf den Rost 14 eingeführt, wo die den Rost 14 durchlaufende Brennluft die Verbrennung des in den Brennraum 2 eingefüllten Heizmateriales im regulierten Masse sichert. Die Brennluft dringt übrigens über das für dieses Ziel ausgebildete, an der Aschentür 17 angebrachte Verschlusselement 16 regulierbaren Spaltquerschnitts in den Aschenraum 12 ein, woher sie den Aschenkasten 13 umgehend auf den Rost 14 gelangt. Die im Brennraum 2 des Reaktors 3 sich bildenden Rauchgase gelangen über den auf dem Dach des Reaktors 3 speziell ausgebildeten Ansatz 20 des Rauchzuges in den Rekuperatorteil, genauer in den Rauchzug 21 zwischen dem aeusseren Waermespeichernden Mantel 6 und dem inneren Waermespeichernden Mantel 9, wo die Rauchgase durch die aus den einzelnen Modulelemeten gebildeten Etagen nach einer Drehung von 300° über eine als speziale Ablenköffnung, auf einem ungefaehr 60° langen Abschnitt ausgebildeten Durchbruch 26 ohne Richtungswechsel in die naeschste Etage und zum Schluss durch den Rauchabführansatz 22 in den Schornstein gelangen.
In dem Rauchzug geben die Rauchgase ihren Waermegehalt an den aeusseren und inneren waermespeichernden Mantel 6 und 9 ab, welche mit gleichmaessiger, verzögerter Waermeaustrahlung die aufgenommene Waerme an den zu heizenden Luftraum abgeben, wie es zum Beispiel für die Funktion der Kachelöfen charakteristisch ist.
Zur gleichen Zeit besteht jedoch bei der erfindungsgemaessen Heizanlage auch die Möglichkeit nach der Anfeuerung zur sofortigen Aufwaermung des zu heizenden Luftraumes. Dazu wird in den Zwischenraum des aeusseren waermespeichernden Mantels 6 und des den Reaktor 3 unmittelbar umgebenden Reaktormantels 4 über die in Höhe des Brennraumunterteiles 2 eingebauten Anschlusstzuten 8 die Luft des zu heizenden Luftraumes eingeführt und diese lassen wir in den durch die Rippenzwischenraeume 7 des Reaktormantels 4 gebildeten Luftkanaele entlangströmen, welche über die als Waermeaustauscher des Reaktors 3 funktionierenden gerippten Haube 19 in den Innenraum 10 des inneren waermespeichernden Mantels 9 münden. Die durch die Anschlussstutzen 8 einströmende Luft nimmt einesteils neben dem den Reaktor 3 umgebenden Reaktormantel 4 laufend die vom Reaktor 3 ausgestrahlte Waermemenge auf, anderseits kühlt sie den die Wand des Reaktors 3 unmittelbar berührenden Reaktormantel 4. Die auf solche Art aufgewaermte Luft, an dem oberen Teil des Reaktors 3 vorbeilaufend, strömt durch ihre eigene, mittels der sich aus dem Temperaturunterschied ergebenden kinetischen Energie in den Innenraum 10 und mit s. g. « Schornsteinwirkung strömt sie bis zu dem waermeverteilenden Schirm, woher sie sich mit Richtungswechsel in den zu heizenden Luftraum entfernt. Sobald der zu heizende Luftraum die notwendige Temperatur erreicht hat, werden die Klappen der Anschlussstutzen 8 mit der Hand oder mit einer Thermostatsteuerung geschlossen, so dass von diesem Zeitpunkt ab die Heizanlage nur mit einer indirekten Waermeausstrahlung funktioniert.
Die erfindungsgemaesse Heizanlage kann bei der erlauerterten konstruktiven Anordnung mit beliebigen Heizmaterialarten mit einem guten Wirkungsgrad betrieben werden, waehrend die Betriebsart oder auch die unmittelbare oder indirekte Waermeausstrahlung ebenfalls nach Gefallen, bei einer gleichzeitigen Rekuperation der Waermeenergie der Rauchgase, ausgewaehlt werden kann. Der Wechsel der Betriebsart kann ohne Elementenaustausch, einfach durch Verschliessung der Anschlussstutzen 8 durchgeführt werden. Einen weiteren bedeutenden Vorteil bildet es, dass die Anlage aus Modulelementen zusammenstellbar ist, so dass sie auch mit Handkraft leicht versetzbar ist, ihre Montage jedoch verlangt keinerlei Fachkenntnisse. (Wir möchten bemerken, dass die Ausbildung der verschiedenen Bestandteile aus Modulelementen vom Gesichtspunkt der grundsaetzlichen Funktion der Anlage keine Pflicht ist, aber ausserordentlich viele Vorteile mit sich bringt). Die mit Sand oder anderen aehnlichen Füllmaterialien ausfüllbaren Hohlraeume der Modulelemente des aeusseren und inneren waermespeichernden Mantels 6 und 9 sichern auch den besonderen Vorteil, dass in Abhaengigkeit von der eingefüllten Sandmenge bei der Montage die Möglichkeit gegeben wird die Anlage im Gewicht und in der Waermekapazitaet den jederzeit aktuellen Ansprüchen und Möglichkeiten nach zu regulieren (zum Beispiel für die Belastungsmöglichkeiten der Decke). Die Aussenflaeche der Modulelemente des aeusseren waermespeichernden Mantels 6 kann den Ansprüchen entsprechend oberflaechenbehandelt werden, sowohl hinsichtlich der Verschleissfestigkeit als auch der Farbengebung, und sie ist zweckmaessig mit einer Musterglasur von aesthetischer Faerbung versehen. Der aeussere Umriss des aeusseren waermespeichernden Mantels 6 ist zweckmaessig kreisförmig, aber es ist auch eine andere Form vorstellbar, zum Beispiel auch eine eckige Variante. Grösse und Anzahl der Modulelemente sind veraenderbar, und wird von der Zweckmaessigkeit bzw. von dem Waermebedarf bestimmt.

Claims

1. Lokale Heizanlage mit direkter und indirekter Wärmeabstrahlung, die einen den Brennraum aufnehmenden metallischen Reaktor (3), einen über dem Reaktor im wesentlichen schraubenlinienförmig ohne Richtungswechsel ausgebildeten Rauchzug (21) sowie einen äußeren und einen inneren Mantel (6, 9) aufweist, wobei der innere Mantel (9) oberhalb des Reaktors einen kaminartigen Innenraum (10) bildet, während zwischen dem äußeren Mantel (6) und dem Reaktor Luftkanäle ausgebildet sind, die oberhalb des Reaktors in Berührung mit dem Rauchzug fortgesetzt sind und im unteren als auch im oberen Teil der Heizanlage mit dem zu heizenden Luftraum über Öffnungen verbunden sind, von welchen die im unteren Teil befindlichen Öffnungen abschließbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (3) unmittelbar von einem keramischen, gerippten Reaktormantel (4) umgeben ist, dessen Längsrippen (5) an der Innenseite des äußeren wärmespeichernd ausgebildeten Mantels (6) anliegen, während seine Rippenzwischenräume (7) in den Innenraum des inneren, ebenfalls wärmespeichernd ausgebildeten Mantels (9) mündende Luftkanäle bilden, welcher Innenraum von dem durch den äußeren und den inneren wärmespeichernden Mantel (6, 9) begrenzten schraubenförmigen Rauchzug (21) umgeben ist, wobei diese wärmespeichernden Mäntel (6, 9) aus hohlwandigen keramischen Modulelementen zusammengestellt sind, die mit einem wärmespeichernden Füllmaterial, z. B. Sand, ausgefüllt sind.

2. Lokale Heizanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Modulelementen des äußeren und inneren wärmespeichernden Mantels (6, 9) ineinander einfügbare, mit Sand ausfüllbare und mit Durchbrücken (26) versehene Abstandsringe (23, 24) angeordnet sind.

3. Lokale Heizanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktormantel (4) aus Modulelementen zusammengestellt ist, deren Höhe der Höhe der Modulelemente des äußeren wärmespeichernden Mantels (6) entspricht.

4. Lokale Heizanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Decke des Reaktors (3) mit einer als Wärmeaustauschfläche funktionierenden gerippten Haube (19) versehen ist.

5. Lokale Heizanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Rauchzug (21) am oberen Ende eine Zugfühlerautomatik eingebaut ist.

6. Lokale Heizanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über dem oberen Ende des sich in den zu heizenden Luftraum öffnenden Innenraumes (10) des inneren wärmespeichernden Mantels (9) ein wärmeverteilender Schirm montiert ist.

7. Lokale Heizanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den sich unmittelbar in den zu heizenden Raum öffnenden Innenraum (10) des inneren wärmespeichernden Mantels (9) eine Luftransportvorrichtung eingebaut ist.