EP1554525A2 - Vorrichtung zum erzeugen, speichern und abgeben von w rme an einen zu beheizenden raum - Google Patents

Vorrichtung zum erzeugen, speichern und abgeben von w rme an einen zu beheizenden raum

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EP1554525A2
EP1554525A2 EP03809331A EP03809331A EP1554525A2 EP 1554525 A2 EP1554525 A2 EP 1554525A2 EP 03809331 A EP03809331 A EP 03809331A EP 03809331 A EP03809331 A EP 03809331A EP 1554525 A2 EP1554525 A2 EP 1554525A2
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EP
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gas
combustion chamber
burner
air
line
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EP03809331A
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Karl Eberl
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Eberl Karl
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    • F23J2900/13005—Protections for chimneys or flue tops against external factors, e.g. birds
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    • F23M2900/00—Special features of, or arrangements for combustion chambers
    • F23M2900/05004—Special materials for walls or lining

Definitions

  • the invention relates to a device for generating, storing and emitting heat to a room to be heated.
  • Such a device comprises a jacket made of refractory material, such as fireclay, which surrounds and thus delimits a combustion chamber.
  • the heating medium provided, for example heating oil or wood, is burned in the combustion chamber, as a result of which heat is generated. This heat is then emitted from these devices, if appropriate after (briefly) storing, to a room to be heated.
  • a device which can be supplied with gas and air, for generating, storing and giving off heat to a room to be heated is described in FR 2.052.009.
  • DE 43 29 726 C2 shows a basic tile stove that is bricked up from firebricks.
  • the basic tile stove is fired using a gas burner.
  • a shut-off device is arranged between the gas burner and the chimney connection.
  • the shut-off device can be actuated electronically by a servomotor in such a way that the flow of fresh air is largely prevented when the gas burner is at a standstill.
  • An opening is provided in the wall, which can be closed by a heating flap.
  • the heating flap can be opened and closed by a second servomotor.
  • CH 467 also produces a ventilation gas heating furnace with a fire-proof insert for storing heat.
  • the jacket that delimits the combustion chamber is provided with a cast iron outer cladding and includes panels made of refractory material for heat storage.
  • 2,542,124 discloses a heating device with a combustion device for burning liquid fuel, such as petrol or oil.
  • liquid fuel such as petrol or oil.
  • the liquid fuel is fed to the combustion device via a line.
  • This line is received in a tube with a slightly larger diameter.
  • One end of the tube opens into the combustion chamber below the combustion device.
  • the other end extends below the bottom of the heater.
  • the ends are each open to connect the combustion chamber with the atmosphere.
  • FR 1.448.343 shows a combustion device in the form of a gas burner, the combustion chamber of which is at least partially accessible from the outside via an opening or the like, the opening being closable via a transparent door.
  • the invention is therefore based on the object of a device for generating, storing and giving off heat to one to provide space to be heated, with which the above disadvantages can be prevented, which consequently has an extremely high degree of efficiency and at the same time very low operating costs, which lowers the temperature of the exhaust gas as much as possible, thereby avoiding large heat losses, and consequently the diameter of the exhaust - Significantly reduce the air line and thus significantly improve the possible uses, as well as which is structurally particularly simple, compact, stable and at the same time transportable.
  • the device according to the invention for generating, storing and giving off heat to a room to be heated, comprising a combustion chamber surrounded and delimited by a jacket made of refractory material, a combustion device which is arranged in the combustion chamber and can be supplied with a gas / air mixture and an exhaust air line arranged in the lower region of the combustion chamber, the combustion chamber being sealed off from the gas / air mixture that is to be supplied and burned to the combustion device, and the combustion device being designed as a fully premixed gas radiation burner with a burner medium made of a homogeneous, permeable mat structure or the like, a device achieve that has a high level of efficiency and / or efficiency and thus entails extremely low operating costs.
  • the temperatures of the exhaust gas can be reduced by about half the temperature of conventional devices in the device according to the invention. Because the combustion chamber is closed or quasi-isolated from the gas / air mixture that is supplied to the combustion device and is to be burned, any additional combustion in the combustion chamber is excluded. This is at the same time an increase in the flame temperature and a deteriorated efficiency due to a significantly increased temperature profile of the exhaust air or the exhaust gas is reliably avoided.
  • the combustion device also very preferably comprises a gas radiation burner, to which a burner medium with a homogeneous, permeable mat structure or the like is assigned.
  • the gas radiation burner which acts as an injector burner, and the burner medium, which radiates or glows infrared in the form of a mat or plate made of ceramic, lead to an extremely powerful construction of the device according to the invention as a whole. Because of the large surface area of the burner medium, a large-area heat transfer is possible. Last but not least, this results in an extremely cost-effective operation of the device. In connection with this, large heat losses and large diameters of the associated chimney or the corresponding exhaust air duct can be avoided with the device according to the invention. Simply because of the latter advantage, there are improved and diverse possibilities when using the device according to the invention. Accordingly, a separate chimney connection can be completely avoided. Finally, the device according to the invention has a very simple, compact and stable construction and also allows it to be transported from one place to another. In this respect, it is fundamentally possible to move the device from one place to another without great effort and then to put it back into operation.
  • the technical features of claim 2, according to which the combustion device is provided with a device for automatically adjusting the gas / air ratio of the gas / air mixture to be combusted, are of particular importance for simple, also extremely variable handling of the device according to the invention.
  • the constructive measures of claim 3 are of extremely great interest, namely that the device for automatically adjusting the gas / air ratio of the gas / air mixture to be burned is based on the principle of a water jet pump, in such a way that it is fed to the gas jet burner via a first feed line Gas that entrains air supplied to the gas jet burner via a second feed line.
  • Gas radiation burner according to claim 4 has a housing, on the top of which the burner medium is arranged facing the combustion chamber and in which the device for automatic
  • a substantially horizontal plate or the like extending in or parallel to a plane spanned by the burner medium is provided in the region of the bottom of the combustion chamber to form a space via which the second supply line for supplying the air is provided and communicate the device for automatically adjusting the gas / air ratio.
  • the burner medium is made of ceramic.
  • the burner medium is preferably formed from ceramic fibers, which are coated in particular with silicon carbide and welded to one another.
  • the burner medium is powerful and forms a stable, self-supporting mat structure. Full radiation is reached just seconds after ignition. The radiation is ended after the combustion device has been switched off. Their surface cools down immediately. In this way, a long preheating before ignition and the generation of after-heat are avoided. A accurate and optimal control is guaranteed.
  • the homogeneous mat structure results in uniform and at the same time inexpensive radiation. Finally, such a mat structure has a very long service life.
  • the casing of the refractory material delimiting the combustion chamber is formed from stones made of fireclay, concrete, ceramic, clay or soapstone.
  • the jacket of the refractory material delimiting the combustion chamber can additionally be provided with an outer cladding.
  • the technical features of claims 9 to 12 are of extremely great interest, namely that the largely visible outer cladding is at least partially made of stone, in particular natural stone, preferably marble, granite or soapstone, or artificial stone, ceramic, fireproof glass or metal, in particular Cast steel, mild steel, aluminum or an alloy thereof, or a combination thereof is / are formed.
  • the rear jacket, which delimits the combustion chamber, and / or the rear outer cladding is / are designed to be heat-insulating, i.e. consists of thermal insulation material, such as thermal foam panels.
  • the frame according to claim 14 comprises a base element, corner-shaped longitudinal support elements connected to the base element on the corner side, and a circumferential head element connected to the longitudinal support elements and essentially adapted to the base area of the base element.
  • the frame is formed from steel, in particular stainless steel, preferably from stainless steel, in accordance with the technical features of claim 15.
  • the frame and thus the entire device according to the invention is extremely resistant and, for example, insensitive to condensation water forming in the combustion chamber.
  • the first feed line for supplying the gas can expediently be opened and closed via at least one, in particular two, valve (s), preferably solenoid valve (s).
  • the first feed line for supplying the gas is in accordance with the measures of claim 17 via a temperature sensor and / or a timer which is in the room to be heated is / are arranged and cooperates with a control device, can be actuated.
  • the first feed line for supplying the gas has a diameter of approximately between 4 to 12 mm, in particular 8 mm.
  • the second supply line for supplying the air communicates directly with the room to be heated.
  • the second supply line for supplying the air can preferably be passed through a wall of the room to be heated and is in this respect connected to the outside environment of the room to be heated.
  • the second supply line for supplying the air has a diameter of approximately between 20 and 40 mm, in particular of 30 mm.
  • the gas radiation burner is assigned an ignition electrode, a piezo ignition device or the like in order to operate the gas / air mixture for operating the device according to the invention in a simple and ignite at the same time reliable way.
  • thermocouple to the gas radiation burner in accordance with the features of claim 22, which cooperates with the at least one valve arranged in the first supply line for supplying the gas for opening and closing the first supply line for supplying the gas.
  • the thermocouple is assigned to the ignition electrode or the piezo ignition device.
  • the exhaust air line is arranged in the rear area of the combustion chamber, in particular on the rear thereof.
  • the exhaust air line according to claim 25 is assigned a device for emptying condensed water.
  • a device for emptying condensed water leads to a further improvement of the device according to the invention.
  • a device for increasing the negative pressure prevailing therein is preferably arranged in the exhaust air duct, which comprises a housing with an opening via which supply air can be introduced or sucked into the exhaust air duct from the space to be heated.
  • the condensed water formed in this way is rather collected at the bottom of the exhaust air duct or the combustion chamber and dissolved until the device according to the invention is next put into operation.
  • the exhaust air duct in the vertical direction is approximately 150 mm to approximately 350 mm, in particular approximately 240 mm, above that spanned by the surface of the burner medium Level is arranged. This ensures that the exhaust air or exhaust gas discharged through the exhaust air line has a temperature of about 30 ° C to a maximum of about 50 ° C, without additional cooling measures, for example by means of an active water cooling circuit, etc. Efficiencies, as can be observed with conventional devices of this type, are therefore excluded.
  • the second supply line and the exhaust air line are provided at the end with a windbreak or the like.
  • the combustion chamber is at least partially accessible from the outside via an opening or the like, the opening being able to be sealed by a, in particular transparent, closing device or the like window or door.
  • the opening can be used for maintenance, repair and other revision work of the combustion device arranged in the combustion chamber.
  • FIG. 1 is a partially broken side view of an embodiment of a device designed according to the invention
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view through the embodiment of the device according to the invention according to line II-II in FIG. 1, without a plate designed according to the invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view through the embodiment of the device according to the invention along line III. III in Fig. 1, with a plate designed according to the invention,
  • FIG. 5 is a partially broken side view of an embodiment of a frame according to the invention of the device according to FIGS. 1 to 4,
  • FIG. 6 is a plan view of the embodiment of the frame according to the invention shown in FIG. 5,
  • Fig. 7 is a partially broken cross-sectional view through the embodiment of the frame according to
  • FIGS. 1 to 7 a side view, a plan view, a bottom view and a front view of an embodiment of a combustion device designed according to the invention corresponding to FIGS. 1 to 7, in an enlarged view,
  • FIG. 9 is a schematic block diagram of a device for operating the device according to the invention.
  • 10A and 10B are a plan view and a development of a device according to the invention for increasing the negative pressure prevailing in the exhaust air line,
  • FIG. 11 is a partially broken side view of a further embodiment of a device designed according to the invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view through the embodiment of the device according to the invention according to line XII. XII in Fig. 11, and
  • FIG. 13 is a front view of the embodiment of the device according to the invention according to arrow XIII in FIG. 12.
  • the embodiment of the device 10 according to the invention for generating, storing and emitting heat to a room to be heated (not shown) shown in FIGS. 1 to 4 comprises a combustion chamber 12 which is surrounded and limited by a jacket 14 made of refractory material.
  • the casing 14, which delimits the combustion chamber 12 and is made of refractory material, preferably with heat-storing properties, is formed in the exemplary embodiment of the device 10 according to FIGS. 1 to 4 from stones made of fireclay, concrete, ceramic, clay or soapstone or a combination thereof.
  • the individual stones have a thickness of approximately 3 cm in order to first distribute the heat generated in the combustion chamber 12 evenly in the combustion chamber 12, then to absorb and store it and finally to give it off to the room to be heated via the outside thereof.
  • the casing 14 instead of the construction of the casing 14 from individual stones, however, it is also conceivable to form the casing 14, for example from mortar made of chamotte, mixed with water glass, whereby a largely one-piece casing 14 can be obtained.
  • a plate 16 or the like is provided in the area of the bottom of the combustion chamber 12, which plate 16 extends considerably horizontally.
  • the plate 16 is a type of cover plate, for example an annular sheet made of stainless steel, such as stainless steel.
  • the plate 16 which will be described in more detail below, separates the actual combustion chamber 12 in the region of the bottom of the combustion chamber 12 from a space 18 underneath.
  • the jacket 14, which delimits the combustion chamber 12 and is made of refractory material, is provided with an outer cladding 20.
  • the outer cladding 20 comprises at least partially slabs of stone, in particular natural stone, such as marble, granite or soapstone, or artificial stone, ceramic, fire-resistant glass or metal, in particular cast steel, structural steel, stainless steel, aluminum or an alloy thereof, or a combination thereof.
  • the outer cladding 20 can therefore be individually adapted to the wishes and / or needs of customers.
  • the appearance and external appearance of the device 10 can thus be designed in many ways as well as differently.
  • the largely visible outer cladding 20 is preferably formed from such plates.
  • the present exemplary embodiment is the front side 22 and the two side surfaces 24, 26 of the device 10.
  • the outer cladding 20 can optionally also be at least partially heat-insulating.
  • the outer cladding 20 is constructed on the rear 28 of the device 10 from thermal insulation material 30. Heat exchange via the rear side 28 of the device 10 is thus counteracted.
  • the thermal insulation material 30 is covered with a rear wall 32 made of, for example, galvanized sheet metal.
  • the rear wall 32 serves on the one hand to hold the thermal insulation material 30 and on the other hand to avoid mechanical damage to the thermal insulation material 30 by external influences.
  • the rear jacket 14, which delimits the combustion chamber 12 can also be formed from thermoplastic chamotte or the like, for example in the form of plates.
  • the outer cladding 20 may consist entirely of plates made of stone, in particular granite, ceramic or metal, preferably cast steel, structural steel, aluminum or an alloy thereof, or a combination thereof, i.e. without such additional heat insulation.
  • the jacket 14 delimiting the combustion chamber 12 is made of refractory material and supported by a frame 34.
  • the individual bricks made of chamotte are inserted into the frame 34, clamped and then sealed with chamotte.
  • the individual panels of the outer cladding 20 have been inserted beforehand and then likewise held by the frame 34.
  • the frame 10 provides the device 10 according to the invention with a high degree of stiffening. Such a construction has the additional advantage that the device 10 as a whole can be transported very easily.
  • the frame 34 here comprises a floor element 36, four longitudinal beam elements 38 and a head element 40.
  • the longitudinal beam elements 38 are angular, ie, rectangular in the embodiment shown, and are each connected on the corner side to the floor element 36, for example by screwing or welding.
  • the head element 40 is essentially adapted to the base area of the base element 36 and is designed to run all the way round.
  • the head element 40 is in turn connected to the longitudinal beam elements 38.
  • holding plates 42 are welded to the longitudinal beam elements 38, on which Chen the head element 40 comes to rest and is releasably secured by means of screws 44.
  • the upper outer lining 20 in the form of a cover plate or the like is finally placed on the head element 40 and optionally fixed or secured against displacement. This can be done, for example, by means of mortar made of chamotte etc.
  • the frame 34 is preferably made of steel, in particular of stainless steel, such as stainless steel, in order to be insensitive to condensation water etc. which forms in the combustion chamber 12.
  • the device 10 according to the invention comprises a combustion device
  • the combustion device 46 is designed as a gas radiation burner 48.
  • a burner medium 50 with a homogeneous, permeable or perforated mat structure or the like is assigned to the gas radiation burner 48.
  • the burner medium 50 is made of ceramic.
  • the burner medium 50 is preferably made of ceramic fibers.
  • the ceramic fibers are preferably coated with silicon carbide and welded together.
  • the burner medium 50 is extremely powerful and forms a stable, self-supporting mat structure.
  • the complete radiation i.e. an infrared radiation. After the gas radiation burner 48 has been switched off, the radiation is ended.
  • the surface of the burner medium 50 cools down immediately.
  • the gas radiation burner 48 has a housing 52, on the top of which the burner medium 50 is arranged, namely facing the combustion chamber 12.
  • the gas radiation burner 48 can be supplied with gas via a first feed line 54 and with air through a second feed line 56.
  • the first feed line 54 is connected, for example, to a gas bottle, not shown.
  • the first supply line 54 can communicate with a permanently installed gas line. Any type of gas currently available on the market can be used as gas. To this extent, natural gas and propane gas, such as natural gas north, natural gas south or propane gas at different pressures, etc., are equally suitable for operating the device 10 according to the invention.
  • the second feed line 56 in the illustrated embodiment of the device 10 leads from the outside through a wall 58 of the room to be heated or the associated building into the device 10 in order to supply sufficient air and thus oxygen ,
  • the second supply line 56 is guided over the rear side 28 of the device 10 and opens into an air supply duct 60.
  • the second feed line 56 it is also conceivable to have the second feed line 56 open out directly from the base element 36 (not shown).
  • the second supply line 56 for supplying the air can communicate directly with the room to be heated.
  • the second feed line 56 represents a connection between the space 18 located under the combustion space 12 and the space to be heated (not shown).
  • the plate 16 extends in the area of the bottom of the combustion chamber 12 essentially horizontally and in a plane spanned by the burner medium 50 or parallel to it.
  • the plate 16 is provided to form the space 18.
  • the device 62 for automatically adjusting the gas / air ratio of the gas / air mixture to be burned as a function of the heat to be generated opens into the housing 52 of the gas radiation burner 48.
  • the device 62 is based on the automatic setting of the gas / ventilation ratio of the gas /
  • Air mixture based on the principle of a water jet pump.
  • the gas supplied to the gas radiation burner 48 via the first feed line 54 automatically entrains the air supplied to the gas radiation burner 48 via the second feed line 56, the supply air duct 60 and the space 18.
  • the gas / air mixture is therefore supplied to the gas radiation burner 48 for the heating power required in each case in a corresponding gas / air ratio and burned by the latter.
  • more gas is supplied via the first supply line 54, which automatically draws in more air via the second supply line 56, and vice versa. In this way, ideal combustion can be obtained.
  • the gas radiation burner 48 is essentially an injector burner.
  • the gas radiation burner 48 preferably has a lambda value of 1.2, that is, it sucks in a mixture of gas and air of a total of about 120%.
  • the pressure of the gas is in a range from about 10 to 60 mbar. In particular, the gas pressure is 18 mbar for natural gas, 30 mbar for international propane gas or 50 mbar for EU propane gases across Europe, depending on the type of gas used.
  • the combustion chamber 12 is closed off from the gas / air mixture which is supplied to the combustion device 46 and is to be burned. sen, ie quasi isolated.
  • the combustion device 46 is designed as a gas radiation burner 48.
  • the gas radiation burner 48 is fully premixed. In this way, the flame of the gas radiation burner 48 can ideally not be supplied with air, and therefore only imperceptibly, from the combustion chamber 12. An increase in the flame temperature and the temperature profile prevailing in the combustion chamber 12 is therefore excluded.
  • the exhaust air or the exhaust gas can therefore be discharged from the combustion chamber 12 at a substantially lower temperature. At the same time, an extremely uniform heat distribution can be obtained overall in the combustion chamber 12.
  • a largely uniform heat profile of approximately 100 ° C.
  • the exhaust gas itself has a temperature of approximately 30 ° C. to a maximum of approximately 50 ° C.
  • the temperature directly on the surface of the fuel is around 900 ° C. Not least because of this, there is only a very low flow in the combustion chamber 12, which additionally favors the heat transfer.
  • the efficiency and / or efficiency of the device 10 according to the invention is consequently significantly improved compared to conventional devices.
  • An ignition electrode 64 for igniting the gas / air mixture is also assigned to the gas radiation burner 48.
  • the ignition electrode 64 is connected via a line 66 to a transformer 68, which in turn can be actuated via a control unit 70 and an (on / off) switch 72.
  • Transformer 68 and control unit 70 are also housed in room 18.
  • the ignition electrode 64 is also assigned a thermocouple 74 or the like sensor which interacts with at least one valve 76, in particular a solenoid valve.
  • valve 76 in particular a solenoid valve.
  • two such valves 76 are in the room 18 provided.
  • the valves 76 are arranged in the first feed line 54 for supplying the gas and are used to open and close the first feed line 54 depending on the particular gas requirement.
  • FIG. 9 is a schematic block diagram together with the transformer 68, the control unit 70 and the (on / off)
  • Switch 72 shown to actuate the ignition electrode 64 and the two valves 76 matched.
  • a temperature sensor 78 or thermostat for determining the current room temperature and / or a timer 80 for setting the heating / rest intervals of the device 10 is also integrated in the circuit.
  • the first feed line 54 for supplying gas to the gas radiant burner '48 is initially interrupted by the valves 76th
  • the valves 76 are actuated by means of (on / off) switch 72 and the first feed line 54 is released, so that gas can flow into the gas radiation burner 48 via a nozzle 82.
  • the nozzle 82 is integrated in the device 62.
  • the gas introduced entrains air which is supplied via the second feed line 56 or is present in the space 18.
  • the gas / air mixture arrives completely premixed in the housing 52, then flows under the burner medium 50 and then through the plurality of openings and passages of the burner medium 50.
  • the gas / air mixture faces the combustion chamber 12 when actuated of the (on / off) switch 72 ignited via the ignition electrode 64.
  • the gas / air mixture is burned evenly.
  • the temperature of the burner 46 is continuously measured by the thermocouple 74. Controls depending on the measured temperature the thermocouple 74 then the valves 76 to supply the combustor 46 with the required amount of gas via the first feed line 54. When the flame is extinguished, the first feed line 54 is therefore shut off promptly by the valves 76.
  • the device 10 comprises an exhaust air duct 84.
  • the exhaust air duct 84 is in the lower region 86, i.e. arranged near the bottom element 36.
  • the exhaust air line 84 is further arranged in the rear region 88 of the combustion chamber 12 and preferably on the rear 28 thereof.
  • the heat generated by the gas radiation burner 48 is initially accumulated in the combustion chamber 12, which results in a uniform heat distribution.
  • the heat is then released to the jacket 14 of the combustion chamber 12 and passed on or introduced via this and the outer cladding 20 to or into the room to be heated.
  • the device 10 according to the invention can achieve an efficiency of approximately 97% and a useful efficiency of approximately 99%, i.e. obtain an efficiency and / or efficiency that is more than half that of a conventional tiled stove.
  • the exhaust gases to be discharged through the exhaust air line 84 have a temperature of approximately 30 ° C to a maximum of approximately 50 ° C, i.e. have a temperature that is about half that of a conventional tiled stove. At the same time, such a temperature is still high enough to reliably prevent the formation of condensed water in the exhaust air line 84.
  • the exhaust line 84 is arranged at a slight distance from the bottom of the combustion chamber 12. In practice, this has proven to be special It has been found to be advantageous that the exhaust air line 84 is arranged in the vertical direction at a distance H of approximately 150 mm to approximately 350 mm, in particular approximately 240 mm, above the plane spanned by the surface of the burner medium 50.
  • the exhaust air or the exhaust gas discharged through the exhaust air line 84 only has a temperature of approximately 30 ° C. to a maximum of approximately 50 ° C. after heat has been given off.
  • the combustion on the burner medium 50 is therefore not influenced by the exhaust air or the exhaust gas.
  • condensation water which forms unexpectedly can be retained in the combustion chamber 12 without it being able to escape through the exhaust air line 84 with the exhaust gas to be discharged. Rather, the condensed water thus formed is collected below the exhaust air line 84 in a condensed water collecting vessel 90 and pressed out during the next heating process.
  • a valve 91 can be provided for emptying condensed water.
  • a device 92 for increasing the negative pressure prevailing in the exhaust air line 84 is furthermore arranged in the exhaust air line 84 directly on the rear side 28 of the device 10.
  • the device 92 comprises a housing 94 with an opening 96.
  • the housing 94 has an approximately U-shaped cross section and is provided with two laterally projecting tabs 98 which can be attached to the device 10 on the rear side.
  • the housing 94 is provided with a circular bore 100 which receives the exhaust air line 84, which also has an opening in the region of the housing 94 (not shown). The supply air from the space to be heated is in via the opening 96 of the housing 94 the exhaust line 84 can be inserted or sucked in.
  • the second supply line 56 and the exhaust air line 84 are at the end, i.e. outside the wall 58 of the room to be heated, provided with a windbreak 102 or the like.
  • the windshield 102 can comprise deflection plates (not shown), for example, in such a way that any flow is excluded in the second supply line 56, the supply air duct 60 and the separated space 18. In room 18 it is therefore absolutely windless.
  • the space 18 is insensitive to the external pressure. There is atmospheric pressure in room 18, i.e. no wind overpressure or underpressure.
  • the combustion chamber 12 is at least partially accessible from the outside via an opening 104 or the like.
  • an opening 104 can be closed in a sealing manner via a, in particular transparent, closing device 106, for example in the form of a window or a door.
  • FIGS. 11 to 13 Another embodiment of a device 10 designed according to the invention is shown in FIGS. 11 to 13.
  • the combustion device 46 is again designed as a gas flow burner 48. Instead of an ignition electrode 64, the gas flow burner 48 is assigned a piezo ignition device 108 for igniting the gas / air mixture.
  • the piezo ignition device 108 is connected to an ignition button 112 via a line 110.
  • the gas flow burner 48 is also equipped with a thermocouple 114 which interacts with a valve 76, in particular a solenoid valve.
  • the valve 76 is arranged in the first supply line 54 for supplying the gas and serves to open and close the first supply line. tion 54 depending on the respective need for gas.
  • the first feed line 54 for supplying gas to the gas flow burner 48 is initially interrupted by the valve 76.
  • the first feed line 54 is released by means of the regulator 116, which actuates the valve 76, so that gas can flow into the gas flow burner 48.
  • the thermocouple 114 controls or regulates the valve 76 in order to supply the gas flow burner 48 with the required amount of gas via the first feed line 54.
  • the first feed line 54 is therefore shut off promptly by the valve 76.
  • the exhaust air duct 84 communicates with the combustion chamber 12 via an in the upper region 120 of the combustion chamber 12 arranged opening 122 of the exhaust air duct 118 extending in the combustion chamber 12.
  • the exhaust air duct 118 has a length which is equal to or greater than half the height of the combustion chamber 12.
  • the length of the exhaust air duct 118 preferably corresponds to approximately 3/4 to approximately 9/10 the height of the combustion chamber 12.
  • the exhaust air duct 118 is expediently formed by a part of the combustion chamber 12, in particular by its rear side 28.
  • the exhaust air duct 86 is therefore approximately U-shaped in cross section and provided with two laterally projecting tabs which are fastened to the jacket 14 made of refractory material.
  • the exhaust air duct 118 also consists of stainless steel, in particular of stainless steel, in order to rule out any rust formation in the combustion chamber 12.
  • the exhaust air duct 118 has a cross-sectional area which is between approximately 5: 2 and 2: 1 in relation to the cross-sectional area of the exhaust air line 84. example
  • a device 10 according to the invention has proven to be particularly advantageous in a surprisingly simple manner.
  • the device 10 according to the invention can have the following dimensions and characteristics, for example:
  • the external dimensions of the device 10 are approximately 1000 mm x 740 mm x 740 mm.
  • the jacket 14 consists of a 34 mm thick refractory material, for example made of chamotte, and a 10 mm thick outer cladding 20.
  • the side member elements 38 of the frame 30 have a thickness of 1.5 mm.
  • the burner 46 is equipped with a burner output of approximately 1.0 kW to approximately 3.5 kW, in particular approximately 1.5 kW to 2 kW.
  • the first feed line 54 for supplying the gas has a diameter of 8 mm, but can also vary in a range from about 4 to 12 mm.
  • the second supply line 56 for supplying the air has a diameter of 34 mm, but can also vary in a range between approximately 20 and 40 mm.
  • the exhaust air line 84 has a diameter of 50 mm.
  • the efficiency of the device 10 according to the invention is approximately 97%, the efficiency (due to the heat store) is approximately 99%.
  • the temperature in the combustion chamber 12 is approximately 100 to approximately 150 ° C. over a uniformly distributed heat profile.
  • the temperature of the exhaust gas to be discharged through the exhaust line 84 is approximately 30 ° C. to 50 ° C., preferably 35 ° C. to 40 ° C.
  • the CO 2 emission is around 4.7
  • the combustion device 46 with or with a heating power of between approximately 1.5 kW and approximately 2 kW inclusive has proven to be extremely economical. With a heating period of almost 12 hours, heat is emitted due to the storage of the heat by the device 10 according to the invention for a further 6 hours.
  • the device 10 according to the invention is a storage heat gas storage furnace which is simple, compact and reliable and, as a result of a specially designed exhaust system, ensures that the heat remains in the device 10 and not through the chimney or chimney, like a conventional tiled stove.
  • the efficiency and / or efficiency of the device 10 according to the invention is extremely high. As a result, the operating costs of the device 10 according to the invention are low.
  • the device 10 according to the invention can advantageously be combined with those of a so-called external wall heater.
  • a separate chimney is not necessary because of the small dimensions of the exhaust air line 78. Rather, the device 10 can be passed through a wall of the room to be heated, such as an outer wall heater, to the outside without great effort.
  • the device 10 according to the invention can be transported at any time and as desired due to the frame 30 provided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme an einen zu beheizenden Raum, umfassend einen von einem Mantel (14) aus feuerfestem Material umgebenen und begrenzten Brennraum (12), eine in dem Brennraum (12) angeordnete, mit einem Gas-/Luftgemisch versorgbare Brenneinrichtung (46) und eine im unteren Bereich (80) des Brennraumes (12) angeordnete Abluftleitung (84), wobei der Brennraum (12) gegenüber dem der Brenneinrichtung (46) zugeführten und zu verbrennenden Gas-/Luftgemisch abgeschlossen ist und wobei die Brenneinrichtung (46) als vollvorgemischter Gasstrahlungsbrenner (48) mit einem Brennermedium (50) aus einer homogenen, permeablen Mattenstruktur oder dergleichen ausgebildet ist.

Description

Vorrichtung zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme an einen zu beheizenden Raum
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme an einen zu beheizenden Raum.
Derartige Vorrichtungen, wie zum Beispiel ein herkömmlicher Kachelofen, sind allgemein bekannt. Eine solche Vorrichtung umfasst einen Mantel aus feuerfestem Material, wie zum Beispiel aus Schamotte, der einen Brennraum umgibt und damit begrenzt. In dem Brennraum wird das vorgesehene Heizmedium, beispielsweise Heizöl oder Holz, verbrannt, wodurch Wärme erzeugt wird. Diese Wärme wird von diesen Vorrichtungen sodann, gegebenenfalls nach (kurzzeitiger) Speicherung, an einen zu beheizenden Raum abgegeben. In der FR 2.052.009 ist eine solche mit Gas und Luft versorgbare Vorrichtung zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme an einen zu beheizenden Raum beschrieben. Darüber hinaus zeigt die DE 43 29 726 C2 einen Kachelgrundofen, der aus Schamottesteinen aufgemauert ist. Der Kachelgrundofen wird mittels eines Gasbrenners befeuert. Zwischen dem Gasbrenner und dem Schornsteinanschluss ist eine Absperrvorrichtung angeordnet. Die Absperrvorrichtung ist durch einen Stellmotor elektronisch derart betätigbar, dass der Durchfluss von Frischluft bei Stillstand des Gasbrenners weitgehend unterbunden ist. In der Wand ist eine Öffnung vorgesehen, die durch eine Anheizklappe verschließbar ist. Die Anheizklappe ist durch einen zweiten Stellmotor offen- und verschließbar. Des Weiteren geht aus der CH 467 ein Ventila- tions-Gasheizofen mit feuerfestem Einsatz zur Speicherung von Wärme hervor. Der den Brennraum begrenzende Mantel ist mit einer Außenverkleidung aus Gusseisen versehen und umfasst Platten aus feuerfestem Material zur Wärmespeicherung. Weiterhin ist in der US-PS 2,542,124 eine Heizvorrichtung mit einer Brenneinrichtung zum Verbrennen von flüssigem Kraftstoff, wie Benzin, oder Öl offenbart. Der flüssige Kraftstoff wird der Brenneinrichtung dabei über eine Leitung zugeführt. Diese Leitung ist in einem Rohr mit etwas größerem Durchmesser aufgenommen. Das eine Ende des Rohres mündet in den Brennraum unterhalb der Brenneinrichtung ein. Das andere Ende erstreckt sich bis unterhalb des Bodens der Heizvorrichtung. Die Enden sind jeweils offen, um den Brennraum mit der Atmosphäre zu verbinden. Der FR 1.448.343 ist schließlich eine Brenneinrichtung in Form eines Gasbrenners entnehmbar, dessen Brennraum über eine Öffnung oder dergleichen wenigstens teilweise von außen zugänglich ist, wobei die Öffnung über eine durchsichtige Tür verschließbar ist.
Allerdings haben sich derartige Vorrichtungen in der Praxis sämtlich als verhältnismäßig nachteilig erwiesen. Zum einen besitzen die erzeugten Abgase im Allgemeinen 100 °C und mehr. Damit wiederum verbunden sind große Wärmeverluste. Nicht zuletzt hieraus resultierend ergibt sich bei derartigen Vorrichtungen das zusätzliche Erfordernis, Durchmesser des Kamins bzw. der Abluftleitung von wenigstens 200 mm vorzusehen, wodurch zwangsläufig die Baugröße solcher Vorrichtungen erhöht und deren Einsatzmöglichkeiten bei nur geringem Platzbedarf erheblich vermindert sind. Ebenso sind aktive Maßnahmen zur Abkühlung der Abluft bzw. des Abgases erforderlich. Zum anderen ist der Brennraum gegenüber dem zuzuführenden Brennmaterial nicht abgeschlossen, wodurch die Brenncharakteristi- ka und Temperaturprofile nicht konstant gehalten sind. Nicht zuletzt hieraus resultierend weisen diese Vorrichtungen in aller Regel einen Wirkungsgrad von lediglich etwa 60 % auf. Damit einhergehend werden besonders hohe Kosten beim Betrieb solcher Vorrichtungen verursacht. Schließlich sind derartige Vorrichtungen üblicherweise an Ort und Stelle aus einer Vielzahl von Bauteilen zusammengesetzt und sodann fest installiert. Eine Transportmöglichkeit dieser Vorrichtungen ist daher ausgeschlossen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme an einen zu beheizenden Raum zur Verfügung zu stellen, mit welcher sich die obigen Nachteile verhindern lassen, welche mithin einen ausgesprochen hohen Wirkungsgrad bei gleichzeitig sehr geringen Betriebskosten aufweist, welche die Temperatur des Abgases weitestmöglich absenkt, wodurch sich große Wärmeverluste vermeiden, damit einhergehend der Durchmesser der Ab- luftleitung wesentlich verringern und sich somit die Einsatzmöglichkeiten wesentlich verbessern lassen, sowie welche konstruktiv besonders einfach, kompakt, stabil und zugleich transportfähig ist.
Diese Aufgabe wird auf überraschend einfache Weise durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach lässt sich durch die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme an einen zu beheizenden Raum, umfassend einen von einem Mantel aus feuerfestem Material umgebenen und begrenzten Brennraum, eine in dem Brennraum angeordnete, mit einem Gas- /Luftgemisch versorgbare Brenneinrichtung und eine im unteren Bereich des Brennraumes angeordnete Abluftleitung, wobei der Brennraum gegenüber dem der Brenneinrichtung zugeführten und zu verbrennenden Gas-/Luftgemisch abgeschlossen ist und wobei die Brenneinrichtung als vollvorgemischter Gasstrahlungsbrenner mit einem Brennermedium aus einer homogenen, permeablen Mattenstruktur oder dergleichen ausgebildet ist, eine Vorrichtung erreichen, die einen hohen Wirkungsgrad und/oder Nutzwirkungsgrad besitzt und damit einhergehend ausgesprochen geringe Betriebskosten nach sich zieht. Zugleich lassen sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Temperaturen des Abgases um etwa die Hälfte der Temperatur herkömmlicher Vorrichtungen absenken. Dadurch, dass der Brennraum gegenüber dem der Brenneinrichtung zugeführten und zu verbrennenden Gas-/Luft- gemisch abgeschlossen bzw. quasi isoliert ist, ist in dem Brennraum jegliche zusätzliche Verbrennung ausgeschlossen. Damit ist zugleich eine Erhöhung der Flammentemperatur und ein verschlechterter Wirkungsgrad infolge eines wesentlich erhöhten Temperaturprofils der Abluft bzw. des Abgases sicher vermieden. Ganz bevorzugt umfasst die Brenneinrichtung zudem einen Gasstrahlungsbrenner, dem ein Brennermedium mit einer homogenen, permeablen Mattenstruktur oder dergleichen zugeordnet ist. Der Gasstrahlungsbrenner, der als Injektorbrenner wirkt, und das Brennermedium, das in Form einer Matte bzw. Platte aus Keramik infrarot strahlt bzw. glüht, führen zu einer ausgesprochen leistungsfähigen Bauweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung insgesamt. So ist infolge der großen Fläche des Brennermediums ein großflächig verteilter Wärmeübergang möglich. Nicht zuletzt hieraus resultierend ergibt sich ein außerordentlich kostengünstiger Betrieb der Vorrichtung. Damit einhergehend können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung große Wärmeverluste und große Durchmesser des zugehörigen Kamins oder der entsprechenden Abluftleitung vermieden werden. Allein aufgrund letzteren Vorteils ergeben sich verbesserte und vielfältige Möglichkeiten bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Demnach kann ein gesonderter Ka- minanschluss vollständig vermieden werden. Schließlich besitzt die Vorrichtung nach der Erfindung eine ausgesprochen einfache, kompakte sowie stabile Bauweise und gestattet zudem deren Transport von einem zu anderem Ort. Insoweit ist es grundsätzlich möglich, die Vorrichtung ohne großen Aufwand von einem Ort zu einem anderen umzuziehen und dann wieder in Betrieb zu nehmen.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 32 beschrieben.
Von besonders großer Bedeutung für eine einfache, zudem ausgesprochen variable Handhabung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die technischen Merkmale des Anspruchs 2, wonach die Brenneinrichtung mit einer Einrichtung zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses des zu verbrennenden Gas-/ Luftgemisches versehen ist. Dabei sind die konstruktiven Maßnahmen des Anspruchs 3 von ausgesprochen großem Interesse, dass nämlich die Einrichtung zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses des zu verbrennenden Gas-/Luftgemisches auf dem Prinzip einer Wasserstrahlpumpe basiert, derart, dass das dem Gasstrahlungsbrenner über eine erste Zuleitung zugeführte Gas die dem Gasstrahlungsbrenner über eine zweite Zuleitung zugeführte Luft mitreißt.
Des weiteren liegt es im Rahmen der Erfindung, dass der
Gasstrahlungsbrenner nach Anspruch 4 ein Gehäuse aufweist, an dessen Oberseite das Brennermedium dem Brennraum zugewandt angeordnet ist und in das die Einrichtung zum automatischen
Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses des zu verbrennenden
Gas-/
Luftgemisches einmündet.
Vorteilhaftererweise ist entsprechend den Maßnahmen des Anspruchs 5 eine im Wesentlichen horizontal und sich in oder parallel zu einer von dem Brennermedium aufgespannten Ebene erstreckende Platte oder dergleichen im Bereich des Bodens des Brennraumes zur Bildung eines Raumes vorgesehen ist, über welchen die zweite Zuleitung zur Zuführung der Luft und die Einrichtung zum automatischen Einstellen des Gas-/ Luftverhältnisses kommunizieren.
Nach den Merkmalen des Anspruchs 6 ist das Brennermedium aus Keramik ausgebildet. Bevorzugt ist das Brennermedium aus Keramikfasern ausgebildet, die insbesondere mit Siliziumkarbid beschichtet und miteinander verschweißt sind. Das Brennermedium ist leistungsfähig und bildet eine stabile, selbstragende Mattenstruktur. Bereits Sekunden nach der Zündung ist die volle Strahlung erreicht. Nach dem Ausschalten der Brenneinrichtung ist die Strahlung beendet. Deren Oberfläche erkaltet sofort. Auf diese Weise wird ein langes Vorglühen vor der Zündung und die Erzeugung einer Nachwärme vermieden. Eine ge- naue und optimale Steuerung ist gewährleistet. Zudem ergibt sich durch die homogene Mattenstruktur eine gleichmäßige und zugleich kostengünstige Strahlung. Schließlich weist eine solche Mattenstruktur eine sehr hohe Lebensdauer auf.
Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, dass der den Brennraum begrenzende Mantel aus feuerfestem Material nach Anspruch 7 aus Steinen aus Schamotte, Beton, Keramik, Ton oder Speckstein gebildet ist.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann der den Brennraum begrenzende Mantel aus feuerfestem Material nach Anspruch 8 zusätzlich mit einer Außenverkleidung versehen sein.
In diesem Zusammenhang sind die technischen Merkmale der Ansprüche 9 bis 12 von ausgesprochen großem Interesse, dass nämlich die weitgehend sichtbare Außenverkleidung wenigstens teilweise aus Stein, insbesondere Naturstein, vorzugsweise Marmor, Granit oder Speckstein, bzw. Kunststein, Keramik, feuerfestem Glas oder Metall, insbesondere Gussstahl, Baustahl, Aluminium oder einer Legierung davon, bzw. einer Kombination daraus ausgebildet ist/sind. Gegebenenfalls ist/sind der rückseitige, den Brennraum begrenzende Mantel und/oder die rückseitige Außenverkleidung wärmeisolierend ausgestaltet, d.h. besteht/bestehen aus Wärmedämmmaterial, wie aus Platten aus Thermoschamotte .
Dadurch, dass der den Brennraum begrenzende Mantel aus feuerfestem Material entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 13 von einem Rahmengestell aufgenommen und abgestützt ist, lässt sich eine besonders einfache, kompakte und stabile Bauweise erreichen, die zudem nach erfolgtem Aufbau ohne großen Aufwand einen Abbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung, deren Transport und einen anschließenden Aufbau der Vorrichtung an anderer Stelle ermöglicht. Dabei liegt es zweckmäßigerweise im Rahmen der Erfindung, dass das Rahmengestell nach Anspruch 14 ein Bodenelement, eckseitig mit dem Bodenelement verbundene, winkelförmige Längsträgerelemente und ein mit den Längsträgerelementen verbundenes, im Wesentlichen an die Grundfläche des Bodenelementes angepasstes und umlaufendes Kopfelement umfasst.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist des Weiteren erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Rahmengestell entsprechend den technischen Merkmalen des Anspruchs 15 aus Stahl, insbesondere nicht-rostendem Stahl, vorzugsweise aus Nirosta, gebildet ist. Auf diese Weise ist das Rahmengestell und damit einhergehend die gesamte erfindungsgemäße Vorrichtung ausgesprochen widerstandsfähig und beispielsweise gegen sich in dem Brennraum ausbildendem Kondenswasser unempfindlich.
In zweckmäßiger Weise ist die erste Zuleitung zur Zuführung des Gases nach Anspruch 16 über wenigstens ein, insbesondere zwei, Ventil/e, vorzugsweise Magnetventil/e, offen- und schließbar.
Zur genauen Einstellung der Temperatur in dem zu beheizenden Raum einerseits und/oder des Heizzyklus andererseits ist die erste Zuleitung zur Zuführung des Gases dabei entsprechend den Maßnahmen des Anspruchs 17 über einen Temperatursensor und/oder eine Zeitschaltuhr, der bzw. die in dem zu beheizenden Raum angeordnet ist/sind und mit einer Steuereinrichtung zusammenwirkt/zusammenwirken, betätigbar .
In der Praxis hat es sich entsprechend Anspruch 18 als vorteilhaft erwiesen, dass die erste Zuleitung zur Zuführung des Gases einen Durchmesser etwa zwischen 4 bis 12 mm, insbesondere von 8 mm, aufweist.
Nach Anspruch 19 kommuniziert die zweite Zuleitung zur Zuführung der Luft mit dem zu beheizenden Raum unmittelbar. Alternativ ist es aber in rein konstruktiver Hinsicht ebenso ohne Weiteres denkbar, dass die zweite Zuleitung zur Zuführung der Luft vorzugsweise durch eine Wand des zu beheizenden Raumes hindurchführbar und insoweit mit der Außenumgebung des zu beheizenden Raumes in Verbindung steht.
Entsprechend Anspruch 20 weist die zweite Zuleitung zur Zuführung der Luft einen Durchmesser etwa zwischen 20 und 40 mm, insbesondere von 30 mm, auf.
Zur Vereinfachung der Handhabung der Vorrichtung nach der Erfindung dienen weiterhin die Merkmale des Anspruchs 21. Demnach ist dem Gasstrahlungsbrenner eine Zündelektrode, eine Piezo-Zündeinrichtung oder dergleichen zugeordnet, um das Gas-/Luft-Gemisch zum Betrieb der Vorrichtung nach der Erfindung auf einfache und zugleich zuverlässige Weise zu entzünden.
Darüber hinaus liegt es im Rahmen der Erfindung, dem Gasstrahlungsbrenner entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 22 ein Thermoelement zuzuordnen, das mit dem wenigstens einen in der ersten Zuleitung zur Zuführung des Gases angeordneten Ventil zum Öffnen und Schließen der ersten Zuleitung zur Zuführung des Gases zusammenwirkt. Auf diese Weise lässt sich eine ausgesprochen sichere Vorrichtung zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme erhalten. Bei Erlöschen der Flamme der Brenneinrichtung nämlich wird automatisch die Zuleitung des Gases zur Brenneinrichtung geschlossen und damit die Gasversorgung insgesamt unterbrochen. Das Thermoelement ist nach Anspruch 23 der Zündelektrode oder der Piezo- Zündeinrichtung zugeordnet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Abluftleitung nach Anspruch 24 im rückseitigen Bereich des Brennraumes, insbesondere an dessen Rückseite, angeordnet.
Aufgrund der konstruktiven Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung insgesamt ist es zwar nicht unbedingt erforder- lieh, dass der Abluftleitung nach Anspruch 25 eine Einrichtung zur Entleerung von Kondenswasser zugeordnet ist. Eine solche Einrichtung aber führt zu einer weitergehenden Verbesserung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Entsprechend den Ansprüchen 26 und 27 ist in der Abluftleitung vorzugsweise eine Einrichtung zur Erhöhung des darin herrschenden Unterdruckes angeordnet ist, die ein Gehäuse mit einer Öffnung umfasst, über welche Zuluft aus dem zu beheizenden Raum in die Abluftleitung einführbar bzw. einsaugbar ist .
Durch die Maßnahmen des Anspruchs 28, die Abluftleitung in geringfügigem Abstand zum Boden des Brennraumes anzuordnen, ist sichergestellt, dass beispielsweise aufgrund ganz bestimmter Betriebsbedingungen gebildetes Kondenswasser nicht in die Abluftleitung austreten kann. Das so gebildete Kondenswasser wird vielmehr am Boden des Abluftkanals bzw. des Brennraumes gesammelt und bis zur nächsten Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgelöst.
Von ganz besonderem Interesse für einen ausgesprochen hohen Wirkungsgrad und/oder Nutzwirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Merkmale des Anspruchs 29, wonach die Abluftleitung in vertikaler Richtung etwa 150 mm bis ungefähr 350 mm, insbesondere etwa 240 mm, oberhalb der von der Oberfläche des Brennermediums aufgespannten Ebene angeordnet ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die durch die Abluftleitung abgeführte Abluft bzw. das Abgas eine Temperatur von etwa 30 °C bis maximal ungefähr 50 °C aufweist, und zwar ohne zusätzliche Kühlmaßnahmen, beispielsweise mittels aktivem Wasserkühlkreislauf etc. Wärmeverluste und damit ein Abfall des Wirkungsgrades, wie dies bei herkömmlichen Vorrichtungen dieser Art zu beobachten ist, sind somit ausgeschlossen.
Von besonderer Bedeutung sind weiterhin die Merkmale des An- spruchs 30, wonach die Abluftleitung mit der Außenumgebung des zu beheizenden Raumes kommunziert. Nicht zuletzt aufgrund der gesamten Bau- und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die kleinste Abmessungen der Abluftleitung ermöglicht, ist kein gesonderter Kamin erforderlich oder sind sonstige baulichen Vorkehrungen zum Anschluss der Abluftleitung an einen solchen zu treffen.
Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 31 sind die zweite Zuleitung und die Abluftleitung endseitig mit einem Windschutz oder dergleichen versehen.
Schließlich liegt es noch im Rahmen der Erfindung, dass der Brennraum nach Anspruch 32 über eine Öffnung oder dergleichen wenigstens teilweise von außen zugänglich ist, wobei die Öffnung über eine, insbesondere durchsichtige, Verschließeinrichtung oder dergleichen Fenster bzw. Tür abdichtend verschließbar ist. Die Öffnung kann dabei zu Wartungs-, Reparatur- und sonstigen Revisionsarbeiten der in dem Brennraum angeordneten Brenneinrichtung zum Einsatz gelangen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung,
Fig. 2 eine Querschnittsansicht durch die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Linie II-II in Fig. 1, ohne eine erfindungsgemäß ausgebildete Platte,
Fig. 3 eine Querschnittsansicht durch die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Linie III- III in Fig. 1, mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Platte,
Fig. 4 ' eine Vorderansicht der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Pfeil IV in Fig. 2,
Fig. 5 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rahmengestells der Vorrichtung nach den Fig. 1 bis 4,
Fig. 6 eine Draufsicht auf die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rahmengestells gemäß Fig. 5,
Fig. 7 eine teilweise abgebrochene Querschnittsansicht durch die Ausführungsform des Rahmengestells gemäß
Linie VII-VII in Fig. 6, in vergrößerter Darstellung,
Fig. 8A bis 8D eine Seitenansicht, eine Draufsicht, eine Unteransicht und eine Vorderansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Brenneinrichtung entsprechend den Fig. 1 bis 7, in vergrößerter Darstellung,
Fig. 9 ein schematisches Blockschaltbild einer Einrichtung zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung,.
Fig. 10A und 10B eine Draufsicht und eine Abwicklung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Erhöhung des in der Abluftleitung herrschenden Unterdruckes,
Fig. 11 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung,
Fig. 12 eine Querschnittsansicht durch die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Linie XII- XII in Fig . 11 , und
Fig. 13 eine Vorderansicht der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Pfeil XIII in Fig. 12.
Bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen erfindungsgemäßer Vorrichtungen 10 zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme an einen zu beheizenden Raum sind einander entsprechende, gleiche Bauteile jeweils mit identischen Bezugsziffern versehen.
Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme an einen zu beheizenden Raum (nicht dargestellt) umfasst einen Brennraum 12, der von einem Mantel 14 aus feuerfestem Material umgeben und begrenzt ist. Der den Brennraum 12 begrenzende Mantel 14 aus feuerfestem Material, bevorzugt mit wärmespeichernden Eigenschaften, ist bei dem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 nach den Fig. 1 bis 4 aus Steinen aus Schamotte, Beton, Keramik, Ton oder Speckstein bzw. einer Kombination hieraus gebildet. Die einzelnen Steine weisen eine Dicke von etwa 3 cm auf, um die in dem Brennraum 12 erzeugte Wärme in dem Brennraum 12 zunächst gleichmäßig zu verteilen, sodann aufzunehmen und zu speichern und schließlich über deren Außenseite an den zu beheizenden Raum abzugeben.
Anstelle der Bauweise des Mantels 14 aus einzelnen Steinen ist es jedoch ebenso denkbar, den Mantel 14 zum Beispiel aus Mörtel aus Schamotte, gemischt mit Wasserglas, auszubilden, wodurch sich ein weitgehend einteiliger Mantel 14 erhalten lässt .
Bei der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform der Vorrichtung 10 ist im Bereich des Bodens des Brennraumes 12 eine Platte 16 oder dergleichen vorgesehen, die sich im We- sentlichen horizontal erstreckt. Bei der Platte 16 handelt es sich um eine Art Abdeckplatte, beispielsweise um ein ringförmiges Blech aus nicht—rostendem Stahl, wie aus Nirosta. Die Platte 16, welche nachfolgend noch näher beschrieben wird, trennt den eigentlichen Brennraum 12 im Bereich des Bodens des Brennraumes 12 von einem darunterliegenden Raum 18 ab.
Des Weiteren ist der den Brennraum 12 begrenzende Mantel 14 aus feuerfestem Material mit einer Außenverkleidung 20 versehen. Die Außenverkleidung 20 umfasst wenigstens teilweise Platten aus Stein, insbesondere Naturstein, wie Marmor, Granit oder Speckstein, bzw. Kunststein, Keramik, feuerfestem Glas oder Metall, insbesondere Gussstahl, Baustahl, Edelstahl, Aluminium oder einer Legierung davon, bzw. einer Kombination daraus. Die Außenverkleidung 20 kann mithin individuell an Wünsche und/oder Bedürfnisse von Kunden angepasst werden. Somit lässt sich das Aussehen und äußere Erscheinungsbild der Vorrichtung 10 ebenso vielfach wie unterschiedlich gestalten.
In bevorzugter Weise ist die weitgehend sichtbare Außenverkleidung 20 aus solchen Platten ausgebildet. Es handelt sich bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel um die Vorderseite 22 und die beiden Seitenflächen 24, 26 der Vorrichtung 10.
Wie insbesondere aus der Fig. 2 entnehmbar ist, kann die Außenverkleidung 20 optional zudem wenigstens teilweise wärmeisolierend ausgebildet sein. Insbesondere ist die Außenverkleidung 20 bei dem in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel an der Rückseite 28 der Vorrichtung 10 aus Wärmedämmmaterial 30 aufgebaut. Einem Wärmeaustausch über die Rückseite 28 der Vorrichtung 10 ist damit entgegengewirkt. Das Wärmedämmmaterial 30 ist mit einer Rückwand 32 aus zum Beispiel verzinktem Blech abgedeckt. Die Rückwand 32 dient einerseits der Halterung des Wärmedämmmaterials 30 und andererseits der Vermeidung von mechanischen Beschädigungen des Wärmedämmmaterials 30 durch äußere Einwirkung. Alternativ dazu kann auch der rückseitige, den Brennraum 12 begrenzende Mantel 14 aus Thermoschamotte oder dergleichen, beispielsweise in Form von Platten, ausgebildet sein.
Ohne im Einzelnen dargestellt zu sein, ist es jedoch ebenso denkbar, die Außenverkleidung 20 insgesamt aus Platten aus Stein, insbesondere Granit, Keramik oder Metall, vorzugsweise Gussstahl, Baustahl, Aluminium oder einer Legierung davon, bzw. einer Kombination daraus, d.h. ohne eine solche zusätzliche Wärmeisolierung, auszubilden.
Entsprechend den Fig. 5 bis 7 ist der den Brennraum 12 begrenzende Mantel 14 aus feuerfestem Material von einem Rahmengestell 34 aufgenommen und abgestützt. So sind die einzelnen Steine aus Schamotte in das Rahmengestell 34 eingesetzt, geklammert und anschließend mit Schamotte abgedichtet. Die einzelnen Platten der Außenverkleidung 20 sind zuvor eingesetzt und anschließend ebenfalls von dem Rahmengestell 34 gehalten.
Durch das Rahmengestell 34 erhält die Vorrichtung 10 nach der Erfindung eine hohe Aussteifung. Eine solche Bauweise bringt den zusätzlichen Vorteil mit sich, dass die Vorrichtung 10 insgesamt ausgesprochen einfach transportiert werden kann.
Das Rahmengestell 34 umfasst dabei ein Bodenelement 36, vier Längsträgerelemente 38 und ein Kopfelement 40. Die Längsträgerelemente 38 sind winkelförmig, d.h. bei der dargestellten Ausführungsform rechtwinkelförmig, ausgestaltet und jeweils eckseitig mit dem Bodenelement 36, beispielsweise durch Ver- schraubung oder Verschweißung, verbunden. Das Kopfelement 40 ist im Wesentlichen an die Grundfläche des Bodenelementes 36 angepasst und umlaufend ausgestaltet. Das Kopfelement 40 ist wiederum mit den Längsträgerelementen 38 verbunden. Wie in der Fig. 7 gezeigt ist, sind zu diesem Zweck Haltebleche 42 jeweils an den Längsträgerelementen 38 angeschweißt, auf wel- chen das Kopfelement 40 zur Anlage kommt und mittels Schrauben 44 lösbar gesichert ist. Die obere Außenverkleidung 20 in Form einer Abdeckplatte oder dergleichen ist schließlich auf das Kopfelement 40 aufgelegt und gegebenenfalls fixiert bzw. gegen Verschiebung gesichert. Dies kann beispielsweise mittels Verklebung durch Mörtel aus Schamotte etc. erfolgen.
Das Rahmengestell 34 ist vorzugsweise aus Stahl, insbesondere aus nicht-rostendem Stahl, wie aus Nirosta, gebildet, um gegen sich in dem Brennraum 12 ausbildendes Kondenswasser etc. unempfindlich zu sein.
Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 10 nach der Erfindung, wie in den Fig. 1 bis 4 gezeigt ist, eine Brenneinrichtung
46.
Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
10 ist die Brenneinrichtung 46 als Gasstrahlungsbrenner 48 ausgebildet .
Dem Gasstrahlungsbrenner 48 ist ein Brennermedium 50 mit einer homogenen, permeablen bzw. perforierten Mattenstruktur oder dergleichen zugeordnet. Das Brennermedium 50 ist aus Keramik ausgebildet. In bevorzugter Weise ist das Brennermedium 50 aus Keramikfasern ausgestaltet. Die Keramikfasern sind vorzugsweise mit Siliziumkarbid beschichtet und miteinander verschweißt. Das Brennermedium 50 ist ausgesprochen leistungsfähig und bildet eine stabile, selbstragende Mattenstruktur. Bereits Sekunden nach der Zündung ist die vollständige Strahlung, d.h. eine Infrarot-Strahlung, erreicht. Nach dem Ausschalten des Gasstrahlungsbrenners 48 ist die Strahlung beendet. Die Oberfläche des Brennermediums 50 erkaltet sofort .
Wie deutlich aus den Fig. 8A bis 8D hervorgeht, weist der Gasstrahlungsbrenner 48 ein Gehäuse 52 auf, an dessen Oberseite das Brennermedium 50 angeordnet ist, und zwar dem Brennraum 12 zugewandt. Der Gasstrahlungsbrenner 48 ist über eine erste Zuleitung 54 mit Gas und eine zweite Zuleitung 56 mit Luft versorgbar.
Die erste Zuleitung 54 ist zu diesem Zweck beispielsweise mit einer nicht dargestellten Gasflasche verbunden. Ebenso kann die erste Zuleitung 54 mit einer fest installierten Gasleitung kommunizieren. Als Gas lässt sich jede derzeit auf dem Markt erhältliche Gassorte verwenden. Insoweit sind gleichermaßen Erdgas und Propangas, wie zum Beispiel Erdgas Nord, Erdgas Süd oder Propangas mit unterschiedlichem Druck etc., zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 geeignet.
Wie aus den Fig. 1 bis 4 hervorgeht, führt die zweite Zuleitung 56 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 von der Außenseite durch eine Wand 58 des zu beheizenden Raumes bzw. des zugehörigen Gebäudes in die Vorrichtung 10, um ausreichend Luft und damit Sauerstoff zuzuführen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die zweite Zuleitung 56 über die Rückseite 28 der Vorrichtung 10 geführt und mündet in einen Zuluftkanal 60 ein. Ebenso ist es jedoch auch denkbar, die zweite Zuleitung 56 unmittelbar aus dem Bodenelement 36 ausmünden zu lassen (nicht dargestellt) .
In alternativer Ausgestaltung dazu kann die zweite Zuleitung 56 zur Zuführung der Luft mit dem zu beheizenden Raum direkt kommunizieren. In diesem Fall stellt die zweite Zuleitung 56 eine Verbindung zwischen dem unter dem Brennraum 12 liegenden Raum 18 und dem zu beheizenden Raum dar (nicht gezeigt) .
Entsprechend der Fig. 1 erstreckt sich die Platte 16 im Bereich des Bodens des Brennraumes 12 im Wesentlichen horizontal und in einer von dem Brennermedium 50 aufgespannten oder dazu parallelen Ebene. Die Platte 16 ist zur Bildung des Raumes 18 vorgesehen ist. Der Raum 18, in welchem zugleich die erste Zuleitung 54 für das Gas untergebracht ist, kommuniziert einerseits unter Zwischenordnung mit dem Zuluftkanal 60 mit der zweiten Zuleitung 56 zur Zuführung der Luft und andererseits mit einer Einrichtung 62 zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses . Die Einrichtung 62 zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses des zu verbrennenden Gas-/Luftgemisches in Abhängigkeit der zu erzeugenden Wärme mündet dabei in das Gehäuse 52 des Gasstrahlungsbrenners 48 ein.
Insbesondere basiert die Einrichtung 62 zum automatischen Einstellen des Gas-/Lüftverhältnisses des zu verbrennenden Gas-/
Luftgemisches auf dem Prinzip einer Wasserstrahlpumpe. Insoweit reißt das dem Gasstrahlungsbrenner 48 über die erste Zuleitung 54 zugeführte Gas die dem Gasstrahlungsbrenner 48 über die zweite Zuleitung 56, den Zuluftkanal 60 und den Raum 18 zugeführte Luft automatisch mit. Bei Erhöhung oder Verringerung der Gaszufuhr wird daher automatisch die entsprechend benötigte Menge an Luft in Abstimmung mit den Charakteristiken des Gasstrahlungsbrenners 48 angesaugt. Das Gas- /Luftgemisch wird daher für die jeweils benötigte Heizleistung in entsprechendem Gas-/Luftverhältnis dem Gasstrahlungsbrenner 48 zugeführt und von diesem verbrannt. Zur Steigerung der gewünschten Heizleistung wird mehr Gas über die erste Zuleitung 54 zugeführt, das automatisch mehr Luft über die zweite Zuleitung 56 ansaugt, und umgekehrt. Auf diese Weise lässt sich eine ideale Verbrennung erhalten. Bei dem Gasstrahlungsbrenner 48 handelt es sich quasi um einen Injektorbrenner. Der Gasstrahlungsbrenner 48 besitzt dabei vorzugsweise einen Lambda-Wert von 1,2, saugt also ein Gemisch aus Gas und Luft von insgesamt etwa 120 % an. Der Druck des Gases liegt in einem Bereich von etwa 10 bis 60 mbar. Insbesondere beträgt der Gasdruck 18 mbar für Erdgas, 30 mbar für Propangas international oder 50 mbar für Propangase EU europaweit, je nach Sorte des verwendeten Gases.
Der Brennraum 12 ist gegenüber dem der Brenneinrichtung 46 zugeführten und zu verbrennenden Gas-/Luftgemisch abgeschlos- sen, d.h. quasi isoliert. Zugleich ist die Brenneinrichtung 46 als Gasstrahlungsbrenner 48 ausgestaltet. Der Gasstrahlungsbrenner 48 ist dabei vollvorgemischt . Auf diese Weise kann der Flamme des Gasstrahlungsbrenners 48 idealerweise keine, zumindest nur unmerklich Luft und damit Sauerstoff aus dem Brennraum 12 zugeführt werden. Eine Erhöhung der Flammentemperatur und des in dem Brennraum 12 vorherrschenden Temperaturprofils ist somit ausgeschlossen. Die Abluft bzw. das Abgas kann daher mit einer wesentlich niedrigeren Temperatur aus dem Brennraum 12 ausgebracht werden. Zugleich lässt sich in dem Brennraum 12 insgesamt eine ausgesprochen gleichmäßige Wärmeverteilung erhalten. So kann sich beim Betrieb der Vorrichtung 10 ein weitgehend gleichmäßiges Wärmeprofil von etwa 100 °C bis zu 150 °C in dem oberen Teil des Brennraumes 12 ausbilden, während das Abgas selbst eine Temperatur von etwa 30 °C bis maximal ungefähr 50 °C aufweist. Die Temperatur direkt an der Oberfläche des Brennmediums beträgt etwa 900 °C. Nicht zuletzt aufgrund dessen ist in dem Brennraum 12 eine nur sehr geringe Strömung zu verzeichnen, wodurch die Wärmeübertragung noch zusätzlich begünstigt ist. Der Wirkungsgrad und/oder Nutzwirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist folglich gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen wesentlich verbessert.
Dem Gasstrahlungsbrenner 48 ist weiterhin eine Zündelektrode 64 zum Entzünden des Gas-/Luftgemisches zugeordnet. Die Zündelektrode 64 ist über eine Leitung 66 mit einem Transformator 68 verbunden, der wiederum über eine Steuereinheit 70 und einen (Ein/Aus-) Schalter 72 betätigbar ist. Transformator 68 und Steuereinheit 70 sind ebenfalls in dem Raum 18 untergebracht .
Schließlich ist der Zündelektrode 64 noch ein Thermoelement 74 oder dergleichen Sensor zugeordnet, das mit wenigstens einem Ventil 76, insbesondere einem Magnetventil, zusammenwirkt. Bei der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform der Vorrichtung 10 sind zwei solcher Ventile 76 in dem Raum 18 vorgesehen. Die Ventile 76 sind in der ersten Zuleitung 54 zur Zuführung des Gases angeordnet und dienen zum Öffnen und Schließen der ersten Zuleitung 54 in Abhängigkeit des jeweiligen Bedarfs an Gas.
In der Fig. 9 ist schematisch ein Blockschaltbild zusammen mit dem Transformator 68, der Steuereinheit 70 und dem (Ein/Aus-)
Schalter 72 gezeigt, um die Zündelektrode 64 und die beiden Ventile 76 aufeinander abgestimmt zu betätigen. Zusätzlich ist in den Schaltkreis noch ein Temperatursensor 78 oder Thermostat zur Ermittlung der aktuellen Raumtemperatur und/oder eine Zeitschaltuhr 80 zur Einstellung der Heiz- /Ruheintervalle der Vorrichtung 10 integriert.
Die Betriebsweise des erfindungsgemäßen Gasstrahlungsbrenner 48 wird im Folgenden kurz beschrieben:
Die erste Zuleitung 54 zur Zuführung von Gas zum Gasstrahlungsbrenner '48 ist durch die Ventile 76 zunächst unterbrochen. Mittels (Ein/Aus-) Schalter 72 werden die Ventile 76 betätigt und die erste Zuleitung 54 freigegeben, so dass Gas in den Gasstrahlungsbrenner 48 über eine Düse 82 einströmen kann. Die Düse 82 ist in der Einrichtung 62 integriert. Mittels Einrichtung 62 zum automatischen Einstellen des Gas-/ Luftverhältnisses der Brenneinrichtung 46 reißt das eingeführte Gas über die zweite Zuleitung 56 zugeführte bzw. im Raum 18 vorhandene Luft mit. Das Gas-/Luftgemisch gelangt vollständig vorgemischt in das Gehäuse 52, strömt sodann unter das Brennermedium 50 und anschließend durch die Vielzahl von Öffnungen und Durchlässen des Brennermediums 50. An der Oberseite des Brennermediums 50 wird das Gas-/Luftgemisch dem Brennraum 12 zugewandt bei Betätigung des (Ein/Aus-) Schalters 72 über die Zündelektrode 64 entzündet. Das Gas-/Luftgemisch wird gleichmäßig verbrannt. Die Temperatur der Brenneinrichtung 46 wird von dem Thermoelement 74 ständig gemessen. In Abhängigkeit der gemessenen Temperatur steuert bzw. regelt das Thermoelement 74 sodann die Ventile 76, um der Brenneinrichtung 46 die erforderliche Menge an Gas über die erste Zuleitung 54 zuzuführen. Bei Erlöschen der Flamme wird die erste Zuleitung 54 daher zeitnah durch die Ventile 76 abgesperrt .
Darüber hinaus umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 eine Abluftleitung 84. Wie insbesondere aus den Fig. 1 und 4 hervorgeht, ist die Abluftleitung 84 im unteren Bereich 86, d.h. nahe dem Bodenelement 36, angeordnet. Die Abluftleitung 84 ist weiterhin im rückseitigen Bereich 88 des Brennraumes 12 und bevorzugt an dessen Rückseite 28 angeordnet. Die durch den Gasstrahlungsbrenner 48 erzeugte Wärme wird zunächst im Brennraum 12 gestaut, wodurch sich eine gleichmäßige Wärmeverteilung ergibt. Die Wärme wird sodann an den Mantel 14 des Brennraumes 12 abgegeben und über diesen und die Außenverkleidung 20 an bzw. in den zu beheizenden Raum weiter- bzw. eingeleitet. Somit wird allenfalls ein nur mehr sehr geringer Anteil an Restwärme über die Abluftleitung 84 nach außen abgeführt bzw. ausgeleitet. Nicht zuletzt aufgrund dessen lässt sich mit der Vorrichtung 10 nach der Erfindung ein Wirkungsgrad von etwa 97 % und ein Nutzwirkungsgrad von ungefähr 99 %, d.h. einen um mehr als die Hälfte höherer Wirkungsgrad und/oder Nutzwirkungsgrad als bei einem herkömmlichen Kachelofen, erhalten.
Zugleich ist gewährleistet, dass die durch die Abluftleitung 84 auszuleitenden Abgase eine Temperatur von etwa 30°C bis maximal etwa 50 °C, d.h. eine etwa um die Hälfte geringere Temperatur als ein herkömmlicher Kachelofen, besitzen. Zugleich ist eine solche Temperatur noch ausreichend hoch, um die Entstehung von Kondenswasser in der Abluftleitung 84 zuverlässig zu unterbinden.
Entsprechend den Fig. 1 und 4 ist die Abluftleitung 84 in geringfügigem Abstand zum Boden des Brennraumes 12 angeordnet. In der Praxis hat sich in diesem Zusammenhang als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass die Abluftleitung 84 in vertikaler Richtung in einem Abstand H von etwa 150 mm bis ungefähr 350 mm, insbesondere etwa- 240 mm, oberhalb der von der Oberfläche des Brennermediums 50 aufgespannten Ebene angeordnet ist.
Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die durch die Abluftleitung 84 abgeführte Abluft bzw. das Abgas nach Wärmeabgabe nurmehr noch eine Temperatur von etwa 30 °C bis maximal ungefähr 50 °C besitzt. Zudem wird die Verbrennung an dem Brennermedium 50 somit durch die Abluft bzw. das Abgas nicht beeinflusst .
Zugleich kann sich unter Umständen im Brennraum 12 unvorhergesehenermaßen ausbildendes Kondenswasser zurückgehalten werden, ohne dass dieses mit dem auszuleitenden Abgas durch die Abluftleitung 84 austreten kann. Das so gebildete Kondenswasser wird vielmehr unterhalb der Abluftleitung 84 in einem Kondenswassersammelgefäß 90 gesammelt und beim nächsten Heizvorgang herausgedrückt. Alternativ dazu kann, wie bei der Ausführungsform der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Vorrichtung 10, ein Ventil 91 zum Entleeren von Kondenswasser vorgesehen sein.
Wie in den Fig. 1 bis 3 ersichtlich ist, ist in der Abluftleitung 84 unmittelbar an der Rückseite 28 der Vorrichtung 10 weiterhin eine Einrichtung 92 zur Erhöhung des in der Abluftleitung 84 herrschenden Unterdruckes angeordnet. Entsprechend den Fig. 10A und 10B umfasst die Einrichtung 92 ein Gehäuse 94 mit einer Öffnung 96. Das Gehäuse 94 ist im Querschnitt etwa U-förmig ausgestaltet und mit zwei seitlich abstehenden Laschen 98 versehen, die rückseitig an der Vorrichtung 10 anbringbar sind. Zusätzlich ist das Gehäuse 94 mit einer kreisförmigen Bohrung 100 versehen, welche die Abluftleitung 84, die in dem Bereich des Gehäuses 94 ebenfalls eine Öffnung aufweist (nicht dargestellt), aufnimmt. Über die Öffnung 96 des Gehäuses 94 ist die Zuluft aus dem zu beheizenden Raum in die Abluftleitung 84 einführbar bzw. einsaugbar.
Schließlich sind die zweite Zuleitung 56 und die Abluftleitung 84 endseitig, d.h. außerhalb der Wand 58 des zu beheizenden Raumes, mit einem Windschutz 102 oder dergleichen versehen. Der Windschutz 102 kann beispielsweise Umlenkbleche (nicht gezeigt) umfassen, derart, dass in der zweiten Zuleitung 56, dem Zuluftkanal 60 und dem abgetrennten Räum 18 jegliche Strömung ausgeschlossen ist. In dem Raum 18 ist es somit absolut windstill. Der Raum 18 ist gegenüber dem Außendruck unempfindlich. In den Raum 18 herrscht atmosphärischer Druck, d.h. kein Windüber- bzw. -unterdruck.
Entsprechend den Fig. 1 und 4 ist der Brennraum 12 über eine Öffnung 104 oder dergleichen wenigstens teilweise von außen zugänglich. Insbesondere zu Wartungs-, Reparatur- oder Revisionszwecken kann ein Zugang zum Brennraum 12 bzw. dem in dem Brennraum 12 angeordneten Gasstrahlungsbrenner 48 erforderlich sein. Die Öffnung 104 ist dabei über eine, insbesondere durchsichtige, Verschließeinrichtung 106, beispielsweise in Form eines Fensters bzw. einer Tür, abdichtend verschließbar.
In den Fig. 11 bis 13 ist eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung 10 dargestellt.
Zwar ist die Brenneinrichtung 46 wiederum als Gasströmungsbrenner 48 ausgebildet. Dem Gasströmungsbrenner 48 ist allerdings anstelle einer Zündelektrode 64 eine Piezo-Zündeinrichtung 108 zum Entzünden des Gas-/Luftgemisches zugeordnet. Die Piezo-Zündeinrichtung 108 ist über eine Leitung 110 mit einem Zündknopf 112 verbunden.
Des Weiteren ist der Gasströmungsbrenner 48 noch mit einem Thermoelement 114 ausgestattet, das mit einem Ventil 76, insbesondere einem Magnetventil, zusammenwirkt. Das Ventil 76 ist in der ersten Zuleitung 54 zur Zuführung des Gases angeordnet und dient zum Öffnen und Schließen der ersten Zulei- tung 54 in Abhängigkeit des jeweiligen Bedarfs an Gas.
Die erste Zuleitung 54 zur Zuführung von Gas zum Gasströmungsbrenner 48 ist durch das Ventil 76 zunächst unterbrochen. Mittels Regler 116, welcher das Ventil 76 betätigt, wird die erste Zuleitung 54 freigegeben, so dass Gas in den Gasströmungsbrenner 48 einströmen kann. In Abhängigkeit der gemessenen Temperatur steuert bzw. regelt das Thermoelement 114 sodann das Ventil 76, um dem Gasströmungsbrenner 48 die erforderliche Menge an Gas über die erste Zuleitung 54 zuzuführen. Bei Erlöschen der Flamme wird die erste Zuleitung 54 daher zeitnah durch das Ventil 76 abgesperrt.
Unterschiedlich bei der Ausführungsform der Vorrichtung 10 gemäß den Fig. 11 bis 14 zu derjenigen nach den Fig. 1 bis 4 ist darüber hinaus die Anordnung eines Abluftkanals 118. Dabei kommuniziert die Abluftleitung 84 mit dem Brennraum 12 über eine im oberen Bereich 120 des Brennraumes 12 angeordnete Öffnung 122 des sich in dem Brennraum 12 erstreckenden Abluftkanals 118. Der Abluftkanal 118 weist eine Länge auf, die gleich oder größer ist als die halbe Höhe des Brennraumes 12. Vorzugsweise entspricht die Länge des Abluftkanals 118 etwa 3/4 bis ungefähr 9/10 der Höhe des Brennraumes 12. Der Abluftkanal 118 ist zweckmäßigerweise durch einen Teil des Brennraumes 12, insbesondere von dessen Rückseite 28, gebildet. Der Abluftkanal 86 ist mithin im Querschnitt etwa U- förmig ausgestaltet und mit zwei seitlich abstehenden Laschen versehen, welche an dem Mantel 14 aus feuerfestem Material befestigt sind. Der Abluftkanal 118 besteht ebenfalls aus nicht-rostendem Stahl, insbesondere aus Nirosta, um jegliche Rostbildung im Brennraum 12 auszuschließen. Im Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 hat sich in strömungstechnischer Hinsicht als besonders vorteilhaft erwiesen, dass der Abluftkanal 118 eine Querschnittsfläche aufweist, die im Verhältnis zur Querschnittsfläche der Abluftleitung 84 zwischen etwa 5:2 bis 2:1 liegt. Beispiel
In der Praxis hat sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 auf überraschend einfache Weise als besonders vorteilhaft erwiesen. Die Vorrichtung 10 nach der Erfindung kann beispielsweise folgende Abmessungen und Charakteristika aufweisen:
Die Außenabmessungen der Vorrichtung 10 betragen etwa 1000 mm x 740 mm x 740 mm. Der Mantel 14 besteht aus einem 34 mm dik- ken feuerfesten Material, beispielsweise aus Schamotte, und einer 10 mm dicken Außenverkleidung 20. Die Längsträgerelemente 38 des Rahmengestells 30 besitzen eine Dicke von 1,5 mm. Die Brenneinrichtung 46 ist mit einer Brennerleistung von etwa 1,0 kW bis ungefähr 3,5 kW, insbesondere von etwa 1,5 kW bis 2 kW, ausgestattet. Die erste Zuleitung 54 zur Zuführung des Gases weist einen Durchmesser von 8 mm auf, kann aber auch in einem Bereich von etwa 4 bis 12 mm variieren. Die zweite Zuleitung 56 zur Zuführung der Luft weist einen Durchmesser von 34 mm auf, kann aber ebenso in einem Bereich etwa zwischen 20 und 40 mm variieren. Die Abluftleitung 84 weist einen Durchmesser von 50 mm auf.
Der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 beträgt etwa 97 %, der Nutzwirkungsgrad (aufgrund des Wärmespeichers) ungefähr 99 %. Die Temperatur im Brennraum 12 beträgt dabei über ein gleichmäßig verteiltes Wärmeprofil etwa 100 bis ungefähr 150 °C. Die Temperatur des durch die Abluftleitung •84 auszuleitenden Abgases beträgt etwa 30 °C bis 50 °C, vorzugsweise 35 °C bis 40 °C. Der Cθ2~Αusstoß liegt bei etwa 4,7
Als ausgesprochen wirtschaftlich hat sich dabei ein Betrieb der Brenneinrichtung 46 mit bzw. bei einer Heizleistung zwischen ungefähr 1,5 kW bis etwa 2 kW einschließlich erwiesen. Bei einer Heizdauer von nahezu 12 Stunden erfolgt eine Wärmeabgabe infolge der Speicherung der Wärme durch die Vorrichtung 10 nach der Erfindung um weitere 6 Stunden. Im Ergebnis handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 um einen Stauwärme-Gasspeicherofen, der einfach, kompakt und zuverlässig ausgestaltet ist und infolge eines speziell konstruierten Abgassystems dafür sorgt, dass die Wärme in der Vorrichtung 10 verbleibt und nicht durch den Kamin bzw. Schornstein, wie bei einem herkömmlichen Kachelofen, herausgeführt wird. Der Wirkungsgrad und/oder Nutzwirkungsgrad der Vorrichtung 10 nach der Erfindung ist ausgesprochen hoch. Damit einhergehend sind die Betriebskosten der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 gering. Nicht zuletzt aufgrund der spezifischen Bau- und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 lassen sich in vorteilhafter Weise Eigenschaften eines herkömmlichen Kachelofens bezüglich der Abstrah- lungswärme mit denjenigen einer sogenannten Außenwandtherme kombinieren. So ist bei der Vorrichtung 10 nach der Erfindung wegen der kleinen Abmessungen der Abluftleitung 78 kein gesonderter Kamin notwendig. Die Vorrichtung 10 kann vielmehr ohne großen Aufwand durch eine Wand des zu beheizenden Raumes, wie eine derartige Außenwandtherme, nach außen hindurch geführt werden. Schließlich ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 aufgrund des vorgesehenen Rahmengestells 30 jederzeit und beliebig transportfähig.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme an einen zu beheizenden Raum, umfassend einen von einem Mantel (14) aus feuerfestem Material umgebenen und begrenzten Brennraum (12), eine in dem Brennraum (12) angeordnete, mit einem Gas-/Luftgemisch versorgbare Brenneinrichtung (46) und eine im unteren Bereich (80) des Brennraumes (12) angeordnete Abluftleitung (84), wobei der Brennraum (12) gegenüber dem der Brenneinrichtung (46) zugeführten und zu verbrennenden Gas-/Luftgemisch abgeschlossen ist und wobei die Brenneinrichtung (46) als vollvorgemischter Gasstrahlungsbrenner (48) mit einem Brennermedium (50) aus einer homogenen, permeablen Mattenstruktur oder dergleichen ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gasstrahlungsbrenner (48) eine Einrichtung (62) zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses des zu verbrennenden Gas-/Luftgemisches zugeordnet ist-
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (62) zum automatischen Einstellen des Gas-/
Luftverhältnisses des zu verbrennenden Gas-/Luftgemisches auf dem Prinzip einer Wasserstrahlpumpe basiert, derart, dass das dem Gasstrahlungsbrenner (48) über eine erste Zuleitung (54) zugeführte Gas die dem Gasstrahlungsbrenner (48) über eine zweite Zuleitung (56) zugeführte Luft mitreißt .
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrahlungsbrenner (48) ein Gehäuse (52) aufweist, an dessen Oberseite das Brennermedium (50) dem Brennraum (12) zugewandt angeordnet ist und in das die Einrichtung (62) zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftver- hältnisses des zu verbrennenden Gas-/Luftgemisches einmündet .
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine im Wesentlichen horizontal und sich in oder parallel zu einer von dem Brennermedium aufgespannten Ebene erstreckende Platte (16) oder dergleichen im Bereich des Bodens des Brennraumes (12) zur Bildung eines Raumes (18) vorgesehen ist, über welchen die zweite Zuleitung (56) zur Zuführung der Luft und die Einrichtung (62) zum automatischen Einstellen des Gas-/ Luftverhältnisses kommunizieren.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennermedium (50) aus Keramik, insbesondere aus Keramikfasern, ausgebildet ist, die vorzugsweise mit Siliziumkarbid beschichtet und miteinander verschweißt sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der den Brennraum (12) begrenzende Mantel (14) aus feuerfestem Material aus Steinen aus Schamotte, Beton, Keramik, Ton oder Speckstein gebildet ist .
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der den Brennraum (12) begrenzende Mantel (14) aus feuerfestem Material mit einer Außenverkleidung (20) versehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverkleidung (20) wenigstens teilweise aus Stein, insbesondere Naturstein, vorzugsweise Marmor, Granit oder Speckstein, bzw. Kunststein, Keramik, feuerfestem Glas oder Metall, insbesondere Gussstahl, Baustahl, Aluminium oder einer Legierung davon, bzw. einer Kombination daraus ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverkleidung (20) aus Platten aus Stein, insbesondere Naturstein, vorzugsweise Marmor, Granit oder Speckstein, bzw. Kunststein, Keramik, feuerfestem Glas oder Metall, insbesondere Gussstahl, Baustahl, Aluminium oder einer Legierung davon, bzw. einer Kombination daraus ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der den Brennraum (12) begrenzende Mantel (14) aus feuerfestem Material und/oder die Außenverkleidung (20) wenigstens teilweise wärmeisolierend ausgebildet ist/sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der den Brennraum (12) begrenzende Mantel (14) und/oder die Außenverkleidung (20) rückseitig aus Wärmedämmmaterial (26) , insbesondere aus Thermoschamotte, besteht/bestehen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der den Brennraum (12) begrenzende Mantel (14) aus feuerfestem Material von einem Rahmengestell (34) aufgenommen und abgestützt ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmengestell (34) ein Bodenelement (36), eckseitig mit dem Bodenelement (36) verbundene, winkelförmige Längsträgerelemente (38) und ein mit den Längsträgerelementen (38) verbundenes, im Wesentlichen an die Grundfläche des Bodenelementes (36) angepasstes und umlaufendes Kopfelement (40) umfasst.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmengestell (34) aus Stahl, insbesondere nicht-rostendem Stahl, vorzugsweise aus Nirosta, gebildet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zuleitung (54) zur Zuführung des Gases über wenigstens ein, insbesondere zwei, Ventil/e (76) , vorzugsweise Magnetventil/e, offen- und schließbar ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zuleitung (54) zur Zuführung des Gases über einen Temperatursensor (78) und/oder eine Zeitschaltuhr (80) , der bzw. die in dem zu beheizenden Raum angeordnet ist/sind, betätigbar ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zuleitung (54) zur Zuführung des Gases einen Durchmesser etwa zwischen 4 bis 12 mm, insbesondere von 8 mm, aufweist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zuleitung (56) zur Zuführung der Luft mit dem zu beheizenden Raum oder der Außenumgebung des zu beheizenden Raumes kommuniziert.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zuleitung (56) zur Zufüh- rung der Luft einen Durchmesser etwa zwischen 20 und 40 mm, insbesondere von 30 mm, aufweist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gasstrahlungsbrenner (48) eine Zündelektrode (64), eine Piezo-Zündeinrichtung (108) oder dergleichen zum Entzünden des Gas-/Luftgemisches zugeordnet ist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gasstrahlungsbrenner-' (48;) -. e£'h Thermoelement (74) zugeordnet ist, das mit dem wenigstens einen in der ersten Zuleitung (54) zur Zuführung des Gases angeordneten Ventil (76) zum Öffnen und Schließen der ersten Zuleitung (54) zur Zuführung des Gases zusammenwirkt.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement (74) der Zündelektrode (64) oder der Piezo-Zündeinrichtung (108) zugeordnet ist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftleitung (84) im rückseitigen ' Bereich (88) des Brennraumes (12), insbesondere an dessen Rückseite (28), angeordnet ist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Abluftleitung (84) eine Einrichtung (90) zur Entleerung von Kondenswasser zugeordnet ist .
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abluftleitung (84) eine Einrichtung (92) zur Erhöhung des darin herrschenden Unterdruckes angeordnet ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (92) zur Erhöhung des darin herrschenden Unterdruckes ein Gehäuse (94) mit einer Öffnung (96) umfasst, über welche Zuluft aus dem zu beheizenden Raum in die Abluftleitung (84) einführbar bzw. einsaugbar ist .
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftleitung (84) in geringfügigem Abstand zum Boden des Brennraumes (12) angeordnet ist .
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftleitung (84) in vertikaler Richtung etwa 150 mm bis ungefähr 350 mm, insbesondere etwa 240 mm, oberhalb der von der Oberfläche des Brennermediums (50) aufgespannten Ebene angeordnet ist.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftleitung (84) mit der Außenumgebung des zu beheizenden Raumes kommuniziert.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zuleitung (56) und die Abluftleitung (84) endseitig mit einem Windschutz (102) oder dergleichen versehen sind.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennraum (12) über eine Öffnung (104) oder dergleichen wenigstens teilweise von außen zugänglich ist, wobei die Öffnung (104) über eine, insbesondere durchsichtige, Verschließeinrichtung (106) oder dergleichen Fenster bzw. Tür abdichtend verschließbar ist .
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