EP3690319B1

EP3690319B1 - Ofen mit wärmetauscher

Info

Publication number: EP3690319B1
Application number: EP19154805.6A
Authority: EP
Inventors: Andreas Neudeck
Original assignee: Haas und Sohn Ofentechnik GmbH
Current assignee: Haas und Sohn Ofentechnik GmbH
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2022-06-29
Anticipated expiration: 2039-01-31
Also published as: PL3690319T3; EP3690319A1; DK3690319T3

Description

Die Erfindung betrifft einen Ofen mit einem Wärmetauscher, insbesondere zur Abkühlung von Rauschgasen von Kaminöfen, Herden, Kaminbausätzen, Pelletöfen und ähnlichen Feuerstellen, im Folgenden einfach Öfen genannt, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 und der DE 35 07 252 A1 .
Diese Druckschrift offenbart einen Rekuperator für Öfen, bei dem um ein zylindrisches Rauchgasrohr ein konzentrisches Außenrohr angebracht ist, wobei zwischen den Rohren Leitbleche vorgesehen sind, die die im Zwischenraum zirkulierende, zu erwärmende Luft, die von einem Gebläse bewegt wird, in schraubenförmigen Bahnen um das Rauchgasrohr führen. Nachteilig ist die Unzugänglichkeit der Luftführung, die jedwede Reinigung verhindert, was im Laufe der Jahre unhygienisch ist, und der nur schlechte Wärmeübergang auf der Rauchgas-Seite, der in einer Ausgestaltungen auch durch einen "Einsatz" im Rauchgasrohr verbessert werden soll. Dass dieser Einsatz selbst wieder Probleme im Betrieb mit sich bringt, vom Zusetzen durch Flugasche bis zum Durchrosten, ist evident.
Bei derartigen Feuerstellen besteht ein Bedarf an der besseren Nutzung des Brennstoffes, gleichbedeutend mit der Reduzierung der Temperatur der Rauchgase beim Eintritt in den Kamin, gleichbedeutend mit einer Erhöhung des Wirkungsgrades des Ofens. Auch besteht oft der Wunsch, mit dem Ofen auch ein Nachbarzimmer zu heizen, was im Stand der Technik nicht möglich ist.
Die Erfindung hat das Ziel, eine Erhöhung des Wirkungsgrads zu erreichen und in einer Ausgestaltung die Möglichkeit zu schaffen, auch ein Nebenzimmer mit dem Ofen zu beheizen.
Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 erreicht; mit anderen Worten, es werden die Rauchgase in einem schraubförmigen Rauchgaskanal um zumindest ein Rohr geführt, bevor sie in den Kamin eingeleitet werden. Dabei erwärmen sie an der Außenseite der Schraube die Umgebungsluft und im zumindest einen Rohr die darin befindliche Luft, die entweder in die Umgebung gelangt oder in einen Warmluftkanal zu anderwärtiger Nutzung abgeleitet wird.
Dadurch wird ein hervorragender Wärmeübergang besonders auf der Außenseite des Rauchgaskanals erreicht, und es kann mittels einer Warmluftleitung mit Ventilator die im Rohr befindliche Warmluft in ein Nebenzimmer geführt werden, um dieses zu heizen.
Die Erfindung wird in der Zeichnung, rein schematisch, anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt die Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Ofen mit Wärmetauscher und die Fig. 2 eine schematische Innenansicht des Wärmetauschers der Fig. 1 in perspektivischer Darstellung.
In Fig. 1 ist ein in seiner Gesamtheit mit 7 bezeichneter Wärmetauscher auf einem Ofen 8 ruhend perspektivisch dargestellt. Gut erkennbar sind Kühlrippen 6 am Gehäuse 11, die den Wärmetauscher 7 kühlen, die Umgebungsluft dagegen erwärmen und ihre Bezeichnung aus der Sicht des Wärmetauschers 7 erhalten haben. Der Pfeil 5 weist auf die Öffnung des Konvektionsrohres 5, das im gezeigten Beispiel waagrecht verläuft.
Die Fig. 2 zeigt den inneren Aufbau des Wärmetauschers 7: Auf einem Unterteil 1 sind, ausgehend von diesem Unterteil und mit der hinteren bzw. vorderen Stirnwand und bereichsweise auch untereinander verbunden, Trennbleche 3 und Leitbleche 4 angeordnet, die die Rauchgase, die zentral unten ihren Einlass 9 haben, schraubförmig um das Konvektionsrohr 5 nach links und rechts führen. Das Rauchgas gelangt nach dem Verlassen des Wärmetauschers, jeweils links und rechts, zu einem Auslass 10 und in einen Rauchgaskanal, von dort in das Abgasrohr und in weiterer Folge in den Kamin. Die Anordnung des Auslasses und die Verbindung zum Kamin sind je nach der Aufstellungssituation zu adaptieren.
Ein Deckel 2 ist auf diese Konstruktion aufgesetzt und schließt die Rauchgaskanäle passend ab. Er weist, wie die Vorderwand und gegebenenfalls die Rückwand, die Kühlrippen 6 auf.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein waagerechtes Konvektionsrohr 5 im Unterteil 1 integriert, die Trennbleche 3 und die Leitbleche 4 sind mit ihm zumindest im Wesentlichen gasdicht verbunden, sodass die Rauchgaskanäle etwa schraubförmig, wenn auch nicht rund, durch den Wärmetauscher strömen. Das Konvektionsrohr 5 muss nicht quadratisch sein, es kann auch eine andere Geometrie, beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt haben, unabhängig davon kann es geteilt ausgebildet sein, um mehrere Warmluftströme zu erzielen. Bei kreisförmigem (Gesamt-) Querschnitt könnten auch die Vorderwand, die Rückwand, gegebenenfalls der Oberteil und sogar der Unterteil entsprechend bauchig ausgebildet sein, wodurch die Rauchgaskanäle eine der klassischen Schraubenform besser angepasste Ausbildung bekommen. Aus fertigungstechnischen Gründen ist die dargestellte Form bevorzugt, doch ist dies letztlich eine Kostenfrage und keine technische Bevorzugung.
Durch den Unterteil, mit dem waagerechten Konvektionsrohr in Längsachse, den Trennblechen, den Leitblechen und dem Deckel ergibt sich ein Hohlkörper mit mehreren spiralförmig, um das waagerechte Konvektionsrohr rundherumführenden Kanälen, der Weg des Rauchgases ist durch die Pfeile angedeutet.
Durch die Trennbleche 3 und die Leitbleche 4 werden einzelne Kammern gebildet und miteinander verbunden.
Durch diese spiralförmig, um das waagerechte Konvektionsrohr rundherumführenden Kanäle wird das Rauchgas in eine sehr starke Rotation mit starker Fliehkraft versetzt. Durch die hohe Fliehkraft entsteht eine starke Reibung des Heizgases an den Außenflächen des Hohlkörpers (turbulente Strömung) und so kommt es zu einem sehr starken Wärmeübergang vom Heizgas an die Außenfläche des Wärmetauschers und von dort über die Kühlrippen an die Umgebungsluft.
Das Heizgas durchströmt beim dargestellten Ausführungsbeispiel den Wärmtauscher von der Mitte aus hin zu den Rändern links und rechts. Etwa 50% des Heizgases durchströmt den Wärmetauscher von der Mitte aus hin zur rechten Seite und etwa 50% des Heizgases durchströmt den Wärmetauscher von der Mitte aus hin zur linken Seite. Das Heizgas könnte den Wärmetauscher aber auch von links nach rechts oder von rechts nach links durchströmen.
An dem waagerechten Konvektionsrohr kann, am linken oder rechten Ende, optional eine Warmluftleitung angeschlossen werden, durch die heiße Luft aus dem Wärmetauscher unter Zuhilfenahme eines Ventilators (nicht dargestellt) abgesaugt und in andere Räume gleitet wird.
Die Erfindung kann verschiedentlich abgewandelt werden, so muss der Wärmetauscher 7 nicht oberhalb der Brennkammer positioniert werden, er kann auch an einer anderen Stelle, etwa seitlich an der Brennkammer oder an der Rückseite der Brennkammer, angeordnet sein. Wie bereits angeführt, braucht das Rauchgas nicht geteilt werden, sondern kann in einer Richtung schraubförmig geführt werden. Das Konvektionsrohr muss nicht genau mittig im Wärmetauscher liegen, es muss nicht genau geradlinig verlaufen, und es kann, insbesondere bei einseitiger Durchströmung des Wärmetauschers, geneigt oder, je nach Situation an der Einbaustelle, auch vertikal verlaufen, um zu natürlicher Konvektion im Konvektionsrohr zu kommen.
Der Wärmetauscher kann sowohl bei einem Pelletofen als auch bei einem Kaminofen, bei einem Herd oder einem Kaminbausatz oder einem anderen Ofen verwendet werden.
Die erfindungsgemäß erzielbaren Vorteile sind:

Der Wärmetauscher ist, wenn er oberhalb der Brennkammer positioniert wird, an der heißersten Stelle des Ofens positioniert, die Zufuhr der Rauchgase ist einfach zu bewerkstelligen;
Durch die starke Rotation und Fliehkraft der Rauchgase kommt es zu stark turbulenter Strömung und damit zu einem starken Wärmeübergang vom Rauchgas an die Umgebungsluft, dadurch hat der Wärmetauscher einen hohen Wirkungsgrad bei geringster Baugröße;
Durch das Konvektionsrohr 5 im Inneren des Wärmetauchers 7, bevorzugt in seiner Längsachse, kann sehr heiße Luft abgesaugt und in andere Räume gleitet werden.
Durch die Anzahl der Kammern, durch die Anordnung und Zahl der Trennbleche bestimmt, kann der Wärmetauscher einfach, und ohne seinen modularen Charakter zu verlieren, optimal an die Heizleistung des Ofens angepasst werden;
Eine Über- oder Unterdimensionierung des Wärmetauschers in Bezug auf die Heizleistung des Ofens kann durch passende Wahl der Anzahl der Trennbleche leicht vermieden werden.

In der Beschreibung und den Ansprüchen werden die Begriffe "vorne", "hinten", "oben", "unten" und so weiter in der landläufigen Form und unter Bezugnahme auf den Gegenstand in seiner üblichen Gebrauchslage, gebraucht. Quer zu einer Richtung meint im Wesentlichen eine um 90° dazu gedrehte Richtung.
Es soll noch darauf hingewiesen werden, dass in der Beschreibung und den Ansprüchen Angaben wie "unterer Bereich" des Ofens, Wärmetauschers oder Vorrichtung oder, ganz allgemein, eines Gegenstandes, die untere Hälfte und insbesondere das untere Viertel der Gesamthöhe bedeutet, "unterster Bereich" das unterste Viertel und insbesondere einen noch kleineren Teil; während "mittlerer Bereich" das mittlere Drittel der Gesamthöhe (Breite - Länge) meint. All diese Angaben haben ihre landläufige Bedeutung, angewandt auf die bestimmungsgemäße Position des betrachteten Gegenstandes.
In der Beschreibung und den Ansprüchen bedeutet "im Wesentlichen" eine Abweichung von bis zu 10 % des angegebenen Wertes, wenn es physikalisch möglich ist, sowohl nach unten als auch nach oben, ansonsten nur in die sinnvolle Richtung, bei Gradangaben (Winkel und Temperatur) sind damit ±10° gemeint.
Alle Mengenangaben und Anteilsangaben, insbesondere solche zur Abgrenzung der Erfindung, soweit sie nicht die konkreten Beispiele betreffen, sind mit ± 10 % Toleranz zu verstehen, somit beispielsweise: 11 % bedeutet: von 9,9 % bis 12,1 %. Bei Bezeichnungen wie bei: "ein Lösungsmittel" ist das Wort "ein" nicht als Zahlwort, sondern als unbestimmter Artikel oder als Fürwort anzusehen, wenn nicht aus dem Zusammenhang etwas anderes hervorgeht.
Der Begriff: "Kombination" bzw. "Kombinationen" steht, soferne nichts anderes angegeben, für alle Arten von Kombinationen, ausgehend von zwei der betreffenden Bestandteile bis zu einer Vielzahl oder aller derartiger Bestandteile, der Begriff: "enthaltend" steht auch für "bestehend aus".

Bezugszeichenliste:

01: Unterteil
02: Deckel
03: Trennbleche
04: Leitbleche
05: Konvektionsrohr
06: Kühlrippen
07: Wärmetauscher
08: Ofen
09: Rauchgaseintritt
10: Rauchgasaustritt
11: Gehäuse

Claims

Ofen mit einem Wärmetauscher (7) zur Abkühlung der Rauchgase des Ofens (8) und der Erwärmung der umgebenden Raumluft, wobei der Wärmetauscher (7) in einem Gehäuse (11) einen Rauchgaseintritt (9) für das Rauchgas des Ofens (8) aufweist und im Inneren des Gehäuses (11) ein Konvektionsrohr (5) angeordnet ist, wobei Trennbleche (3) und Leitbleche (4) zwischen den Innenseiten des Gehäuses (11) und der Außenseite des Konvektionsrohrs (5) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauchgas im Inneren des Gehäuses (11) schraubförmig um das Konvektionsrohr (5) zu zumindest einem Rauchgasauslass (10) geführt wird.
Ofen mit einem Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mündung des Konvektionsrohres mit einer Warmluftleitung, gegebenenfalls mit einem Ventilator, verbunden ist.
Ofen mit einem Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) an seiner Außenseite mit Kühlrippen (6) versehen ist.
Ofen mit einem Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse quaderförmig ist.
Ofen mit einem Wärmetauscher nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Konvektionsrohr (5) rechteckigen Querschnitt aufweist.
Ofen mit einem Wärmetauscher nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (7) oberhalb des Ofens (9) angeordnet ist.
Ofen mit einem Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchgaseintritt (9) mittig im Wärmetauscher angeordnet ist und das Rauchgas zu den seitlichen Seiten des Wärmetauschers (7) geleitet wird.
Ofen mit einem Wärmetauscher nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Konvektionsrohr (5) im Wesentlichen horizontal verläuft.