EP4230186B1 - Wärmespeichersaunaofen und saunakabine - Google Patents

Wärmespeichersaunaofen und saunakabine

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EP4230186B1
EP4230186B1 EP22157979.0A EP22157979A EP4230186B1 EP 4230186 B1 EP4230186 B1 EP 4230186B1 EP 22157979 A EP22157979 A EP 22157979A EP 4230186 B1 EP4230186 B1 EP 4230186B1
Authority
EP
European Patent Office
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sauna
heat storage
storage container
heat
heater according
Prior art date
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EP22157979.0A
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EP4230186C0 (de
EP4230186A1 (de
Inventor
André THESS
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Thess Ug Haftungsbeschraenkt
Original Assignee
Thess Ug Haftungsbeschraenkt
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Publication date
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Publication of EP4230186A1 publication Critical patent/EP4230186A1/de
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H33/00—Bathing devices for special therapeutic or hygienic purposes
    • A61H33/06—Artificial hot-air or cold-air baths; Steam or gas baths or douches, e.g. sauna or Finnish baths
    • A61H33/063—Heaters specifically designed therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61H33/00—Bathing devices for special therapeutic or hygienic purposes
    • A61H33/005—Electrical circuits therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61H33/00—Bathing devices for special therapeutic or hygienic purposes
    • A61H33/06—Artificial hot-air or cold-air baths; Steam or gas baths or douches, e.g. sauna or Finnish baths
    • A61H33/066—Cabins therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/0034—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5097—Control means thereof wireless

Definitions

  • the present invention relates to a heater for a sauna cabin (sauna storage heater, heat storage sauna heater) that can be operated independently of energy, without connection to the power grid, and without the use of fuels such as wood, gas, or oil. Furthermore, a sauna cabin using the heater according to the invention is described. Various approaches exist that propose a sauna heater that can be operated using renewable energy.
  • the task therefore, is to propose a sauna heater that combines simple construction, low maintenance, reliability, and manageable costs.
  • the storage heater should also be able to heat the air in the sauna room to temperatures of up to 100°C when needed.
  • the heat storage heater should be suitable for outdoor temperatures between -40°C and +50°C.
  • a suitable sauna cabin design should be proposed.
  • the terms "sauna” and “sauna cabin” are used synonymously.
  • the sauna storage heater according to the invention has a heat storage container.
  • the heat storage container contains a heat storage fluid.
  • the heat storage fluid has a boiling point that, at atmospheric pressure, is above 100°C, preferably above 105°C, and most preferably above 120°C.
  • the heat storage container has heat transfer fins on parts of the outer side of its wall that do not serve as a base. Preferably, no heat transfer fins are provided on the top surface of the heat storage container either.
  • the heat transfer fins are preferably oriented vertically.
  • a thermal insulation layer is arranged around the heat storage container and, by means of the heat transfer fins, spaced from the wall of the heat storage container.
  • the base and top surfaces of the heat storage container are optionally completely or partially covered by a thermal insulation layer.
  • the heat storage tank is preferably made of stainless steel, steel with a corrosion-resistant coating, aluminum, or other materials that offer the necessary stability and good thermal conductivity.
  • the outer surface of the heat storage tank is made of a material with particularly good thermal conductivity, such as aluminum, while the base and top surfaces are made of materials with poor thermal conductivity. This serves to reduce heat loss.
  • the heat storage tank is made of welded stainless steel plates.
  • Heat transfer fins in the form of vertically running stainless steel strips, are welded to the outer wall (shell surface).
  • Propylene glycol a mixture of propylene glycol and water, or salt water, for example, is used as the heat storage fluid in the heat storage tank.
  • salt water or similar heat storage fluids that are corrosive to the material of the heat storage tank or its internal components
  • the heat storage tank and its internal components are provided with a correspondingly resistant coating.
  • the thermal insulation layer consists of state-of-the-art thermal insulation materials. Suitable materials include fiberglass, glass wool, temperature-resistant plastic, mineral wool, high-temperature polyurethane foam, or similar thermal insulation materials also used in construction that meet the required thermal resistance.
  • the heat storage tank is equipped with a pressure relief valve that prevents the buildup of excessive internal pressure.
  • the pressure relief valve is preferably located on the top (cover surface) of the heat storage tank.
  • One or more air inlets are provided in the thermal insulation layer near the bottom ends of the heat transfer fins.
  • One or more air outlets are provided in the thermal insulation layer near the top ends of the heat transfer fins. The air inlets and outlets are connected by channels formed by the wall of the heat storage tank, the thermal insulation, and the heat transfer fins.
  • Heat is preferably introduced into the heat storage tank by solar thermal charging.
  • at least one solar thermal collector solar collector
  • the heat transfer medium absorbs heat in the solar thermal collector and transfers it to the heat storage fluid of the heat storage tank via a heat exchanger located inside the heat storage tank.
  • multiple solar collectors, charging circuits, and heat exchangers can be provided.
  • the circulation of the heat transfer medium in the loading circuit is either pump-driven (if auxiliary energy is available) or, preferably, due to the developing thermal circulation.
  • the pipes of the charging circuit can be shut off individually or collectively near their exit from the thermal insulation layer of the heat storage tank to prevent unwanted discharge circulation within the circuit or single-pipe circulation during the night.
  • a Z-shaped siphon is also provided for each pipe to suppress single-pipe circulation.
  • Another option, which can be used either as an alternative to or in combination with solar thermal charging, is charging with photovoltaic energy.
  • the interior of the heat storage tank can then be used as an alternative to or in combination with the One or more electrical heating elements (resistance heaters) are provided in the heat exchanger. Energy is generated by means of one or more photovoltaic collectors.
  • the heat exchanger is preferably located in the lower third of the heat storage tank to transfer heat to the heat storage fluid. This also applies to any heating element for photovoltaic charging of the heat storage tank.
  • the photovoltaically generated energy serves only as auxiliary energy and not, or only partially, for thermally charging the heat storage tank.
  • the photovoltaically generated energy can optionally be temporarily stored in a battery for this purpose.
  • the generated auxiliary energy can, for example, be used to power a circulation pump for the heat transfer medium of the solar thermal circuit to charge the heat storage tank.
  • the drive or control of the closures for the air outlet openings and, optionally, the air inlet openings, as well as the sauna cabin lighting can also be operated with the auxiliary energy.
  • propylene glycol or a mixture of 90% propylene glycol and 10% water, the need for a pressure vessel is eliminated, allowing the advantageous use of a pressureless heat storage tank.
  • Propylene glycol is harmless to health, is used in aviation as a de-icing agent, and does not cause soil contamination in the event of a spill.
  • the heat output is advantageously designed to be switchable.
  • the heat transfer from the sauna heater to the sauna room, preferably via a lever, through a manually or electronically operated flap or louvre system, enables a more robust construction than the state of the art and eliminates the need for circulation pumps and the like.
  • the app can also optionally be used to remotely control the sauna heater.
  • the sauna heater is installed in a sauna cabin nominally designed for four people.
  • the compact dimensions of the sauna heater and the space-saving arrangement of the two sauna benches make it possible to significantly reduce the external dimensions of the sauna cabin. This enables easy transport and use even in more remote areas.
  • the dimensions of the sauna cabin are preferably selected so that the entire sauna cabin can be transported in standard containers.
  • the sauna cabin preferably has a rigid supporting frame that holds the sauna walls, ceiling, and floor.
  • the supporting frame can be made, for example, from steel double-T beams.
  • the supporting frame has attachment points for crane hooks or threads for screwing in attachment eyes for crane hooks. This advantageously enables easy handling or relocation of the sauna cabin.
  • the one or more solar thermal and/or photovoltaic collectors are preferably arranged on the roof of the sauna cabin.
  • an additional or alternative arrangement of the solar thermal and/or photovoltaic collectors next to the sauna or on a separate auxiliary frame is also possible.
  • the dimensions of the solar collectors or solar cells, as well as the pipes for the heat transfer medium, are preferably selected so that the components can be stored in the sauna cabin during transport.
  • the container with the heat transfer medium is also preferably housed in the sauna cabin during transport. In this way, prefabricated sauna cabins can be advantageously provided with all the materials necessary for installation and operation.
  • the sauna cabin has a display on its exterior that signals whether the sauna storage heater is sufficiently charged with thermal energy and/or whether the sauna cabin is currently in use.
  • a display on its exterior that signals whether the sauna storage heater is sufficiently charged with thermal energy and/or whether the sauna cabin is currently in use.
  • one or more Rows of LEDs on the outer edges of the sauna cabin are suitable, which light up or flash in different colors (e.g., heat storage loaded - red, heat storage discharged - blue, optionally with the respective color component of the row of LEDs depending on the loading level of the sauna storage heater).
  • This display can optionally be powered by the auxiliary power, which is also used to control the locking position or operate the circulation pump.
  • multiple sauna storage heaters are arranged in a sauna cabin for larger groups of people. Scaling the use of the sauna storage heater according to the invention is possible, alternatively or in addition to varying the number of sauna storage heaters used, by adjusting the size of the sauna storage heaters used. Since larger sauna cabins usually also require a larger roof area, the installation of additional and/or larger solar thermal collectors on the roof is possible.
  • the heat storage tank 12 for the heat storage fluid 2 is cylindrical, has a height of 1 m, a diameter of 0.6 m and is made of pressureless stainless steel sheet It has a capacity of over 300 liters. The side area is just under 2 m2 .
  • Fifty 2 mm thick aluminum sheets are mounted on the outer wall of the heat storage tank 12, spaced approximately four centimeters apart, as heat transfer fins 3. Each sheet is 1 m long and 0.1 m wide. Thus, the total heat transfer surface area is more than 10 m2 and, in the case of an average temperature drop of 20 K between the incoming cold air stream 10 to be heated and the heat storage fluid 2, ensures the above-specified heat flow of 4 kW in the hot air stream 11.

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Description

  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Ofen für eine Saunakabine (Saunaspeicherofen, Wärmespeichersaunaofen), der energieautark, ohne Anschluss an das Stromnetz und ohne den Einsatz von Brennstoffen wie Holz, Gas oder Öl betrieben werden kann. Weiterhin wird eine Saunakabine beschrieben, die den erfindungsgemäßen Ofen nutzt. Es existieren verschiedene Ansätze, die einen Saunaofen vorschlagen, der mittels regenerativer Energien betrieben werden kann.
  • Eine naheliegende Lösung sieht den Einsatz von Fotovoltaikanlagen in Kombination mit Batterien vor, wobei die Batterien den Strom zum Betrieb einer elektrischen Heizung für den Saunaofen liefern. Dieses Konzept ist jedoch aufwendig, komplex und teuer.
  • Weiterhin sind Lösungen bekannt, die den Einsatz von Solarzellen für die Energiegewinnung von Saunakabinen vorschlagen. Beispielhaft sei hier die DE10 2013 108 990 A1 genannt, die derartiges als Lösung einer Nebenaufgabe vorschlägt, jedoch keine detaillierte Vorgehensweise offenbart.
  • Die JP 5 731 926 B2 schlägt vor, einen Wassertank für eine Sauna mittels solarthermischer Energie, Kraft-Wärme-Kopplung oder Nachtstrom zu beladen. Der Wassertank soll neben einer Heizfunktion auch eine oder mehrere Düsen zur Abgabe von Dampf aufweisen.
  • Die DE 10 2018 003 136 A1 beschreibt einen Saunaspeicherofen auf der Basis eines Druckwasserspeichers, der durch einen solarthermischen Kollektor beladen wird. Nachteilig an dieser Lösung ist der Einsatz eines Druckbehälters (Druckwasserspeicher). Derartige Druckbehälter bergen bei mangelnder Wartung ein Gefahrenpotential.
  • Insbesondere für Gegenden, in denen kein verlässliches Stromnetz, keine Wartungsfachleute oder technische Überwachungsorganisationen existieren, sind die Lösungen aus dem Stand der Technik nicht geeignet.
  • Es stellt sich somit die Aufgabe, einen Saunaofen vorzuschlagen, der einen einfachen Aufbau, Wartungsarmut, Zuverlässigkeit und überschaubare Kosten vereint. Der Saunaspeicherofen soll weiterhin bei Bedarf die Luft im Saunaraum auf Temperaturen bis zu 100 °C erhitzen können. Der Wärmespeichersaunaofen soll dabei für Außentemperaturen zwischen -40°C und + 50°C geeignet sein. Weiterhin soll eine geeignete Saunakabinenkonstruktion vorgeschlagen werden. Im Folgenden werden die Begriffe Sauna und Saunakabine synonym verwendet.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Saunaspeicherofen nach Anspruch 1 gelöst. Der vorteilhafte Einsatz eines derartigen Saunaofens in einer Sauna wird in Anspruch 15 offenbart.
  • Der erfindungsgemäße Saunaspeicherofen weist einen Wärmespeicherbehälter auf. Der Wärmespeicherbehälter enthält ein Wärmespeicherfluid. Das Wärmespeicherfluid weist einen Siedepunkt auf, der bei Normaldruck oberhalb von 100°C, bevorzugt oberhalb von 105°C und ganz besonders bevorzugt oberhalb von 120°C liegt. Der Wärmespeicherbehälter weist an Teilen der Außenseite seiner Wandung, die nicht als Standfläche dienen, Wärmeübertragungsrippen auf. Bevorzugt sind auf der Deckfläche des Wärmespeicherbehälters ebenfalls keine Wärmeübertragungsrippen vorgesehen. Die Wärmeübertragungsrippen sind bevorzugt vertikal orientiert. Um den Wärmespeicherbehälter herum und mittels der Wärmeübertragungsrippen beabstandet zur Wandung des Wärmespeicherbehälters, ist eine Wärmedämmschicht angeordnet. Die Standfläche und die Deckfläche des Wärmespeicherbehälters sind optional vollständig oder teilweise von einer Wärmedämmschicht bedeckt.
  • Der Wärmespeicherbehälter ist bevorzugt aus Edelstahl, Stahl mit Korrosionsschutzbeschichtung, Aluminium oder anderen, die notwendige Stabilität und gute Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Materialien hergestellt. In einer Ausführungsform besteht die Mantelfläche des Wärmespeicherbehälters aus einem besonders gut wärmeleitenden Material, bspw. Aluminium, während die Standfläche (Grundfläche) und die Deckfläche aus schlechter wärmeleitendem Material bestehen. Dies dient der Verringerung von Wärmeverlusten.
  • In einer einfachen Ausführungsform ist der Wärmespeicherbehälter aus miteinander verschweißten Edelstahlplatten hergestellt. An der Außenwandung (Mantelfläche) sind die Wärmeübertragungsrippen in Form vertikal verlaufender Edelstahlblechstreifen, angeschweißt.
  • Der Wärmespeicherbehälter und damit auch der gesamte Saunaspeicherofen weist bevorzugt eine Quaderform (vorzugsweise eine Würfelform) auf. Weiterhin bevorzugt ist eine Zylinderform. Optional sind jedoch auch andere Formen geeignet, bspw. die eines Pyramiden- oder Kegelstumpfs. Der Saunaspeicherofen kann so vorteilhaft dem zur Verfügung stehenden Bauraum angepasst sein. Der Saunaspeicherofen steht bevorzugt direkt auf der Grundfläche. Optional sind Standfüße oder ein Standrahmen vorgesehen.
  • Als Wärmespeicherfluid im Wärmespeicherbehälter kommt bspw. Propylenglykol, ein Gemisch von Propylenglykol und Wasser oder aber Salzwasser zum Einsatz. Bei der Verwendung von Salzwasser oder ähnlichen, gegenüber dem Material des Wärmespeicherbehälters oder dessen Einbauten korrosiven Wärmespeicherfluiden sind der Wärmespeicherbehälter bzw. dessen Einbauten (Wärmetauscher, Heizelement) mit einer entsprechend beständigen Beschichtung versehen.
  • Die Wärmedämmschicht (Wärmeisolierung) besteht aus Wärmdämmmaterial nach dem Stand der Technik. So sind bspw. Glasfaser, Glaswolle, temperaturbeständiger Kunststoff Mineralwolle, Polyurethan-Hochtemperaturschaum oder ähnliche, auch im Bauwesen genutzte Wärmedämmmaterialien geeignet, die die erforderliche thermische Beständigkeit aufweisen.
  • Der Wärmespeicherbehälter weist aus Sicherheitsgründen ein Überdruckventil auf, dass den Aufbau eines unzulässigen Innendrucks im Wärmespeicherbehälter verhindert. Das Überdruckventil ist bevorzugt an der Oberseite (Deckfläche) des Wärmespeicherbehälters angeordnet.
  • Im Bereich der bodennahen Enden der Wärmeübertragungsrippen sind eine oder mehrere Lufteintrittsöffnungen in der Wärmedämmschicht vorgesehen. Im Bereich der oberen Enden der Wärmeübertragungsrippen sind eine oder mehrere Luftaustrittsöffnungen in der Wärmedämmschicht vorgesehen. Lufteintritts- und Luftaustrittsöffnungen stehen durch Kanäle, die von der Wandung des Wärmespeicherbehälters, der Wärmeisolierung sowie den Wärmeübertragungsrippen gebildet werden, in Verbindung.
  • Somit ist eine Luftzirkulation möglich, wobei der kühle Luftstrom durch die Lufteintrittsöffnungen in den Zwischenraum zwischen Wandung des Wärmespeicherbehälters und Wärmedämmschicht eintritt, an der Wandung des Wärmespeicherbehälters sowie den Wärmeübertragungsrippen erwärmt wird und an den Luftaustrittsöffnungen den Zwischenraum in erwärmtem Zustand verlässt. Durch die Führung des Luftstroms im Zwischenraum entsteht eine vorteilhafte Kaminwirkung, die den Wärmeaustrag aus dem Wärmespeicherbehälter unterstützt.
  • In einer Ausführungsform ist die Wärmedämmschicht modular aufgebaut und abnehmbar gestaltet. Dies gestattet es vorteilhaft, die Wärmedämmschicht vom Wärmespeicherbehälter zu lösen und die Kanäle des Saunaspeicherofens zu reinigen.
  • Zur Steuerung des Wärmeaustrages aus dem Wärmespeicherbehälter sind Verschlüsse der Luftaustrittsöffnungen und optional auch der Lufteintrittsöffnungen vorgesehen.
  • Als Verschlüsse dienen vorzugsweise bekannte Klappen oder Lamellenverschlüsse. Die Verschlüsse der Luftaus- bzw. optional auch der Lufteintrittsöffnungen können ihrerseits mit einer Wärmedämmung ausgestattet sein. Weiterhin ist es möglich, dass diese Verschlüsse zwei- oder mehrfach in Luftströmungsrichtung hintereinander angeordnet sind, so dass ein Luftstrom, der Wärme an dem äußeren Verschluss abgeben würde, durch davor angeordnete weitere Verschlüsse abgebremst oder aufgehalten wird.
  • Bevorzugt werden die Verschlüsse rein mechanisch betätigt. Dies ermöglicht den Verzicht auf Hilfsenergie. Sollte Hilfsenergie zur Verfügung stehen, ist selbstverständlich auch eine elektromechanische, elektronische oder sonstige Betätigung, bis hin zu einer temperaturabhängigen Regelung der Verschlussstellung möglich.
  • Der Wärmeeintrag in den Wärmespeicherbehälter erfolgt bevorzugt mittels solarthermischer Beladung. Dazu ist mindestens ein solarthermischer Kollektor (Sonnenkollektor) vorgesehen, der ein in einem Beladungskreislauf zirkulierendes Wärmeträgermedium aufweist. Das Wärmeträgermedium nimmt im solarthermischen Kollektor Wärme auf und gibt diese über einen im Inneren des Wärmespeicherbehälters angeordneten Wärmetauscher an das Wärmespeicherfluid des Wärmespeicherbehälters ab. Selbstverständlich können mehrere Solarkollektoren, Beladungskreisläufe und Wärmetauscher vorgesehen sein.
  • Die Zirkulation des Wärmeträgermediums im Beladungskreislauf erfolgt entweder pumpengetrieben (falls Hilfsenergie verfügbar ist), oder aber, bevorzugt aufgrund der sich ausbildenden thermischen Zirkulation.
  • In einer Ausführungsform sind die Rohre des Beladungskreislaufes nahe ihres Austritts aus der Wärmedämmschicht des Wärmespeicherbehälters einzeln oder gemeinsam absperrbar, um während der Nachtstunden eine ungewollte Entladungszirkulation im Kreis oder eine Einrohrzirkulation zu verhindern. Optional ist auch ein Z-förmiger Syphon je Rohrleitung zur Unterdrückung der Einrohrzirkulation vorgesehen.
  • Eine weitere Möglichkeit, die entweder alternativ zu oder gemeinsam mit der solarthermischen Beladung eingesetzt werden kann, ist die Beladung durch photovoltaisch gewonnene Energie. Im Inneren des Wärmespeicherbehälters ist dann alternativ zu oder in Kombination mit dem Wärmetauscher ein oder mehrere elektrische Heizelemente (Widerstandsheizer) vorgesehen. Die Energiegewinnung erfolgt dabei mittels eines oder mehrerer photovoltaischer Kollektoren. Bevorzugt ist der Wärmetauscher zur Abgabe der Wärme an das Wärmespeicherfluid im Wärmespeicherbehälter im unteren Drittel des Wärmespeicherbehälters angeordnet. Dies trifft auch auf ein ggf. vorhandenes Heizelement für eine photovoltaische Beladung des Wärmespeicherbehälters zu.
  • In einer Ausführungsform dient die photovoltaisch gewonnene Energie lediglich als Hilfsenergie und nicht, oder nur teilweise, zur thermischen Beladung des Wärmespeicherbehälters. Die photovoltaisch gewonnene Energie kann dazu optional in einer Batterie zwischengespeichert werden. Aus der gewonnenen Hilfsenergie können bspw. eine Umwälzpumpe für das Wärmeträgermedium des solarthermischen Kreislaufs zur Beladung des Wärmespeicherbehälters gespeist werden. Weiterhin können der Antrieb bzw. die Steuerung der Verschlüsse für die Luftauslassöffnungen und optional auch der Lufteinlassöffnungen sowie der Beleuchtung der Saunakabine ebenfalls mit der Hilfsenergie betrieben werden.
  • Durch die Nutzung von Propylenglykol oder eines Gemischs aus 90% Propylenglykol und 10% Wasser entfällt die Notwendigkeit eines Druckbehälters und es kann vorteilhaft ein druckloser Wärmespeicherbehälter genutzt werden. Propylenglykol ist gesundheitsunschädlich, wird in der Luftfahrt als Enteisungsmittel verwendet und verursacht beim Auslaufen keine Kontamination der Böden.
  • Der erfindungsgemäße Wärmespeichersaunaofen vereint vorteilhaft Wärmespeicher und Heizkörper in einer Vorrichtung. Dies ermöglicht den Verzicht auf einen separaten Heizkörper für die Übertragung der Wärme in den Saunaraum. Durch die Anbringung von Wärmeübertragungsrippen an der Außenwand des Wärmespeicherbehälters sind vorteilhaft eine kompakte Bauweise und ein geringer Platzbedarf möglich.
  • Die Wärmeabgabe ist vorteilhaft schaltbar ausgebildet. Die vorzugsweise durch einen Hebel schaltbare Wärmeübergabe vom Saunaofen auf den Saunaraum durch ein manuell oder elektronisch betätigtes Klappen- oder Lamellensystem ermöglicht eine robustere Bauweise als beim Stand der Technik und die Notwendigkeit von Umwälzpumpen und dergleichen entfällt.
  • Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, den Beladungszustand des Wärmespeichersaunaofens optional mittels Thermosensoren zu überwachen, per Mobilfunk oder per Internet an den Nutzer zu übertragen und mittels einer App darzustellen. Die App kann optional auch zur Fernsteuerung des Saunaofens eingesetzt werden.
  • Die erfindungsgemäße Saunakabine nutzt den oben beschriebenen Wärmespeichersaunaofen (Saunaofen). In Ausführungsformen ist die Saunakabine als finnische Sauna ausgebildet. Durch zusätzliche Installation eines Aufgussofens kann der für finnische Saunen typische Aufguss realisiert werden. Es liegt jedoch auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die Saunakabine als Hammam oder Dampfsauna auszugestalten, indem der Wärmespeichersaunaofen bei niedrigeren Temperaturen betrieben und durch zusätzliche Installation eines Dampfgenerators eine hohe Luftfeuchtigkeit erzeugt wird.
  • In einer ersten Ausführungsform ist der Saunaofen in einer Saunakabine angeordnet, die für nominell vier Personen vorgesehen ist. Durch die kompakten Abmaße des Saunaofens und die platzsparende Anordnung der beiden Saunabänke ist es möglich, die Außenabmessungen der Saunakabine stark zu reduzieren. Dies ermöglicht den leichten Transport und die Nutzung auch in abgelegeneren Gegenden. Die Abmessungen der Saunakabine sind dabei bevorzugt so gewählt, dass die gesamte Saunakabine in Standardcontainern transportiert werden kann. Die Saunakabine weist bevorzugt einen steifen Tragrahmen auf, der die Saunawände, die Decke sowie den Boden hält. Der Tragrahmen kann bspw. aus Doppel-T-Trägem aus Stahl gefertigt sein. Optional weist der Tragrahmen Anschlagpunkte für Kranhaken oder Gewinde zum Einschrauben von Anschlagösen für Kranhaken auf. Dies ermöglicht vorteilhaft einen leichten Umschlag bzw. eine erleichterte Versetzung der Saunakabine.
  • Der eine bzw. die mehreren solarthermischen und/oder photovoltaischen Kollektoren sind bevorzugt auf dem Dach der Saunakabine angeordnet. Natürlich ist auch eine zusätzliche oder alternative Anordnung der solarthermischen und/oder photovoltaischen Kollektoren neben der Sauna oder auf einem eigenen Hilfsgestell möglich. Die Abmessungen der Solarkollektoren bzw. Solarzellen sowie der Rohrleitungen für das Wärmeträgermedium sind bevorzugt so gewählt, dass die Bauteile während des Transports in der Saunakabine aufbewahrt werden können. Bevorzugt ist auch der Behälter mit dem Wärmeträgermedium während des Transports in der Saunakabine untergebracht. Auf diese Weise können vorteilhaft vorgefertigte Saunakabinen mit den gesamten zur Installation und zum Betrieb notwendigen Materialien zur Verfügung gestellt werden.
  • In einer Ausführungsform weist die Saunakabine an ihrer Außenseite eine Anzeige auf, die signalisiert, ob der Saunaspeicherofen hinreichend mit Wärmeenergie beladen ist und/oder, ob die Saunakabine gegenwärtig in Benutzung ist. Dazu können bspw. eine oder mehrere Leuchtdiodenreihen an den Außenkanten der Saunakabine geeignet sein, die in unterschiedlichen Farben (bspw. Wärmespeicher beladen - rot, Wärmespeicher entladen - blau, optional auch mit jeweiligem Farbanteil, der Leuchtdiodenreihe in Abhängigkeit vom Beladungsgrad des Saunaspeicherofens) leuchten oder blinken. Optional wird diese Anzeige mittels der Hilfsenergie betrieben, die auch für die Regelung der Verschlussstellung oder den Betrieb der Umwälzpumpe genutzt werden.
  • In weiteren Ausführungsformen sind mehrere Saunaspeicheröfen in einer Saunakabine für größere Personengruppen angeordnet. Eine Skalierung der Nutzung des erfindungsgemäßen Saunaspeicherofens ist alternativ oder zusätzlich zur Variation der Anzahl der eingesetzten Saunaspeicheröfen auch durch eine Anpassung der Größe der eingesetzten Saunaspeicheröfen möglich. Da größere Saunakabinen auch meist eine größere Dachfläche bedingen, ist die Anordnung zusätzlicher und/oder größerer solarthermischer Kollektoren auf dem Dach möglich.
    • Ausführungsbeispiele
  • Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und von Zeichnungen näher erläutert werden:
    • Fig. 1 zeigt schematisch den erfindungsgemäßen Wärmespeicherofen 1 in einer vertikalen Schnittdarstellung.
    • Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau eines zylindrischen Wärmespeicherofens 1 in einer horizontalen Schnittdarstellung.
    • Fig. 3 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Saunakabine in einer vertikalen Schnittdarstellung.
    • Fig. 4 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Saunakabine in einer horizontalen Schnittdarstellung.
  • Für das folgende Ausführungsbeispiel wird eine kleine Sauna 20 mit Wärmespeicherofen 1 für vier Personen mit einem Heizbedarf von etwa 4 kW und einer thermischen Energiespeicherkapazität zwischen 10 kWh und 20 kWh für einen Saunaabend (entspricht ca. 3-5 Stunden Nutzungsdauer) zu Grunde gelegt.
  • Der Wärmespeicherbehälter 12 für das Wärmespeicherfluid 2 ist zylinderförmig gestaltet, besitzt eine Höhe von 1 m, einen Durchmesser von 0,6 m und ist drucklos aus Edelstahlblech ausgeführt. Er besitzt somit ein Fassungsvermögen von über 300 Litern. Die Seitenfläche beträgt knapp 2 m2.
  • An der Außenwandung des Wärmespeicherbehälters 12 sind in Abständen von etwa vier Zentimetern voneinander beabstandet fünfzig Bleche aus Aluminium mit einer Materialdicke von 2 mm als Wärmeübertragungsrippen 3, angebracht. Jedes Blech ist 1 m lang und 0,1 m breit. Somit beträgt die summarische Wärmeübertragungsfläche mehr als 10 m2 und gewährleistet im Fall eines mittleren Temperaturabfalls zwischen zu beheizendem eintretenden kalten Luftstrom 10 und Wärmespeicherfluid 2 von 20 K den oben angegebenen Wärmestrom von 4 kW im heißen Luftstrom 11.
  • Der Wärmespeicherbehälter 12 ist nach außen mit einem marktüblichen Wärmeisolationsmantel 4 (Mineralwolle) der Dicke 0,1 m geschützt. Bei einer effektiven Wärmeleitfähigkeit des Wärmeisolationsmaterials 4 von 0,1 W/mK, einer maximalen Temperaturdifferenz von 100 K zwischen dem heißen Wärmespeicherfluid 2 (120°C) und der kalten Saunainnenluft (20°C) und einer Außenfläche des Wärmeisolationsmaterials 4 von 3 m2 ergibt sich somit im ungünstigsten Fall eines vollständig thermisch beladenen Wärmespeichersaunaofen 1 ein Verlustwärmestrom von 300 W, der für die notwendige Isolationsaufgabe hinreichend klein ist.
  • Durch manuelle Betätigung eines Klappenmechanismus 5, 6, der am oberen (und gegebenenfalls zusätzlich am unteren) Rand des Wärmespeichersaunaofen 1 angebracht ist, öffnen sich die vertikalen Strömungskanäle 13 zwischen den Wärmeübertragungsrippen 3 und ermöglichen eine Aufheizung der Luft. Es liegt selbstverständlich auch im Rahmen der Erfindung, den Mechanismus elektronisch zu betätigen.
  • Die Beheizung (Beladung mit thermischer Energie) des Wärmespeicherfluids 2 kann entweder mittels einer mit der photovoltaischen Anlage gekoppelten elektrischen Heizwendel 8 im unteren Teil des Wärmespeicherbehälters 12 oder mittels eines Wärmeübertragers 7 für das solarthermisch erwärmte Wärmeträgerfluid von der solarthermischen Anlage (Solarkollektor 23 und Rohrleitungen 25) erfolgen. Es liegt selbstverständlich auch im Rahmen der Erfindung, beide Erwärmungsformen miteinander zu kombinieren und den Wärmespeichersaunaofen 1 hybrid zu heizen. So könnte im Fall fehlender solarer Direkteinstrahlung (bei der die solarthermische Anlage kaum Wärme liefert) die photovoltaische Anlage (nicht dargestellt) zumindest einen gewissen Teil an Wärme liefern. Bei hohem Anteil direkter Solarstrahlung 24 würde hingegen die solarthermische Anlage 23, 25 den größten Teil der Wärme liefern. So könnten die Vorteile der beiden Erwärmungstechnologien (photovoltaischer Ertrag auch bei diesigem Wetter, Solarthermie - guter Wirkungsgrad bei Direkteinstrahlung) miteinander kombiniert werden.
  • Zur solarthermischen Beladung des Wärmespeicherofens 1 über einen Tag hinweg ist eine Fläche von 5 m2 für die Solarkollektoren vorzusehen.
  • Der Saunaofen 1 ist in einer Saunakabine 20 angeordnet, die für nominell vier Personen vorgesehen ist. Die Saunakabine 20 wird durch die Tür 26 betreten. Durch die kompakten Abmaße des Saunaofens 1 und die platzsparende Anordnung der beiden Saunabänke 22 ist es möglich, die Außenabmessungen der Saunakabine 1 so zu reduzieren, dass zwei Saunakabinen 1 in einen intemationalen 20-Fuss-Standardcontainer passen. Dies bedingt äußere Maximalabmessungen (BxLxH) von 2,35x2,80x2,30 m für die Saunakabine 1. Die Saunakabine 1 weist einen quaderförmigen Stahlrahmen aus Doppel-T-Trägern auf, der entlang der Außenkanten der Saunakabine 1 verläuft. Die Saunakabine 1 ist an der Innen- und Außenseite mit oberflächenbehandelten Holzbrettern verkleidet. In der Wandung 21 ist zwischen Innen- und Außenseite eine Wärmedämmung von 10 cm Dicke aus Mineralwolle vorgesehen. An den oberen Ecken der Saunakabine 1 liegt der Stahlrahmen frei und weist an jeder Ecke eine Gewindeöffnung für Ösen zur Befestigung von Kranseilen auf (nicht dargestellt).
    • Bezugszeichen
    • 1
    Wärmespeicherofen (gesamt)
    2
    Wärmespeicherfluid
    3
    Wärmeübertragungsstrukturen
    4
    Wärmeisolation
    5
    Klappensystem
    6
    Klappenbetätigungseinrichtung
    7
    Thermisches Wärmezufuhrelement
    8
    Elektrisches Wärmezufuhrelement
    9
    Sicherheitsventil
    10
    Kalter Luftstrom
    11
    Heißer Luftstrom
    12
    Wärmespeicherbehälter
    13
    Kanäle des Luftstroms
    20
    Saunakabine
    21
    Wandung der Saunakabine
    22
    Saunabank
    23
    Solarkollektor
    24
    einfallende Sonnenstrahlung
    25
    Rohrleitungen des solarthermischen Kreises
    26
    Tür der Saunakabine

Claims (15)

  1. Saunaofen, aufweisend einen Wärmespeicherbehälter (12) mit einem Wärmespeicherfluid (2), dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Siedetemperatur des Wärmespeicherfluids (2) bei Normaldruck oberhalb von 100°C, bevorzugt oberhalb von 105°C und ganz besonders bevorzugt oberhalb von 120°C liegt,
    - im unteren Drittel des Wärmespeicherbehälters (12) mindestens ein Wärmetauscher (7) und/oder mindestens ein Heizelement (8) angeordnet ist,
    - der Wärmespeicherbehälter (12) zumindest an Teilen der Außenseite seiner Wandung Wärmeübertragungsrippen (3) aufweist,
    - um den Wärmespeicherbehälter (12) herum und mittels der Wärmeübertragungsrippen (3) beabstandet zur Wandung des Wärmespeicherbehälters (12) eine Wärmedämmschicht (4) angeordnet ist,
    - im Bereich der oberen Enden der Wärmeübertragungsrippen (3) mindestens eine Luftaustrittsöffnung in der Wärmedämmschicht (4) vorgesehen sind,
    - im Bereich der unteren Enden der Wärmeübertragungsrippen (3) mindestens eine Lufteintrittsöffnung in der Wärmedämmschicht (4) vorgesehen sind, wobei die Lufteintritts- und Luftaustrittsöffnungen durch Kanäle (13), die von der Wandung des Wärmespeicherbehälters (12), der Wärmeisolierung (4) sowie den Wärmeübertragungsrippen (3) gebildet werden in Verbindung stehen.
  2. Saunaofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftaustrittsöffnungen und optional auch die die Lufteintrittsöffnungen verschließbar ausgebildet sind.
  3. Saunaofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschließen der Luftaus- bzw. Lufteintrittsöffnungen manuell oder elektrisch angetrieben erfolgt.
  4. Saunaofen nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlüsse der Luftaus- bzw. Lufteintrittsöffnungen zwei- oder mehrfach in Luftströmungsrichtung hintereinander angeordnet sind und/oder dass die Verschlüsse der Luftaus- bzw. Lufteintrittsöffnungen mit einer Wärmedämmung versehen sind.
  5. Saunaofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicherbehälter (12) eine Quaderform, vorzugsweise eine Würfelform, eine Zylinderform oder die Form eines Pyramiden- oder Kegelstumpfs aufweist und/oder dass der Wärmespeicherbehälter (12) ein Überdruckventil (9) aufweist.
  6. Saunaofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Standfläche und die Deckfläche des Wärmespeicherbehälters (12) vollständig oder teilweise von einer Wärmedämmschicht (4) bedeckt sind.
  7. Saunaofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmedämmschicht (4) abnehmbar ausgebildet ist.
  8. Saunaofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher durch einen solarthermischen Kreislauf (23, 25) den Wärmespeicherbehälter (12) mit Wärmeenergie belädt und/oder dass das Heizelement (8) durch einen photovoltaisch gespeisten elektrischen Stromkreis den Wärmespeicherbehälter (12) mit Wärmeenergie belädt.
  9. Saunaofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Wärmeträgermedium (2) um Propylenglykol, ein Gemisch von Propylenglykol mit Wasser oder um Salzwasser handelt.
  10. Saunaofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Saunaofen mindestens eine Batterie und eine zugehörige Steuerelektronik aufweist, um eine photovoltaische Aufladung der mindestens einen Batterie zu ermöglichen.
  11. Saunaofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Saunaofen weiterhin ein Sende- und Empfangsmodul zur drahtlosen Steuerung des Saunaofens und der Luftein- und Austrittsöffnungen aufweist.
  12. Saunaofen nach den Ansprüchen 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der elektrischen Energie der Batterien eine Umwälzpumpe zum Umwälzen des Wärmeträgermediums (2) des solarthermischen Kreises (23, 25) angetrieben wird.
  13. Saunakabine mit einem Saunaofen nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der eine bzw. die mehreren solarthermischen und/oder photovoltaischen Kollektoren (23) auf dem Dach der Saunakabine (20) angeordnet sind.
  14. Saunakabine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Saunakabine (20) an ihrer Außenseite eine Anzeige aufweist die signalisiert, ob der Saunaspeicherofen (1) hinreichend mit Wärmeenergie beladen ist und/oder ob die Saunakabine (20) gegenwärtig in Benutzung ist.
  15. Verwendung eines Saunaofens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in einer Saunakabine (20).
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