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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ofen mit Aussenver- kleidung, einem Feuerraum, wenigstens einem Speicherelement und einem Konvektionsbereich zwischen Feuerraum und Aussenverkleidung des Ofens.
Traditionell hergestellte Speicheröfen, insbesondere Ka- chelöfen oder Kamine, benötigen eine relativ lange An-bzw. Auf- heizphase, um die gewünschte Energie abgeben zu können. Das
Grundprinzip nach welchen solche Speicherheizanlagen arbeiten, liegt in der Wärmespeicherung, welche durch das Material der
Aussenumwandung bewerkstelligt wird. Dieses Wärmespeichermateri- al, zumeist aus Schamotte oder Ton hergestellt, reagiert äusserst träge in Bezug auf Wärmeaufnahme und die Wärmeverteilung in- nerhalb des Materials. Die Wärmeabstrahlung erfolgt dann über eine relativ grosse Oberfläche direkt an die Umgebung.
Aufgrund dessen erweisen sich derartige Öfen als kaum regulierbar und benötigen zudem viel Raum. weiters ist bekannt, dass moderne, industrielle Heizanlagen oder Feuerungseinrichtungen zwar eine sehr rasche Aufheizphase haben, man allerdings nicht unbedingt mit einer langen Nachheizphase nach Abschalten der Feuerung rechnen kann, da die eingesetzten Materialien solcher Heizanlagen für eine nachhaltige Wärmeabgabe gar nicht geschaffen sind. Derartige Öfen arbeiten nach dem Prinzip der Konvektion, wobei die Brennräume zumeist aus metallischem Material, wie Gusseisen oder Stahlblech, hergestellt sind und die zu erwärmenden Luft auf relativ kleinen Flächen aufgeheizt wird. Die erwärmte Luft steigt nach oben, um dann in den zu beheizenden Raum abgegeben zu werden und gleichzeitig neue, kalte Frischluft anzusaugen.
Aufgrund der raschen Wirkungsweise derartiger Heizeinrichtungen eignen sie sich allerdings zumeist nur als Zusatzheizgeräte.
In der rumänischen Schrift RO 11 67 46 B1 wird eine Heizkörperkonstruktion offenbart, bei welcher Frischluft entlang der Seitenwandung des Feuerraumes geführt wird. Die erwärmten Frischluftströme werden dann über Durchbrechungen, insbesondere im oberen Abschnitt der Feuerraumwandung, in den Feuerraum geführt, offensichtlich um die Verbrennung zu verbessern.
Die Kombination der Prinzipien der Wärmestrahlung und Konvektion ist auch aus der AT 255073 B bekannt. Sie beschreibt einen Raumheizofen, bei welchem die Vorderfront des Ofens als Wärmestrahlfläche dient und die beiden Seitenflächen und die
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Rückseite des Ofens je mit einem Konvektionsmantel versehen sind. Diese Konvektionsmäntel sind nach unten hin offen, sodass die zu erwärmende Luft von unten nach oben in einen unterhalb der Ofenhaube befindlichen Sammelraum und in weiterer Folge als erwärmte Luft nach vorne hin abgegeben werden kann.
In der letzten Zeit galt das Bestreben, diese Kombination der beiden oben genannten Prinzipien (Wärmestrahlung von Spei- cherelementen und Konvektion) zur Verfügung zu stellen, wobei insbesondere versucht wurde, ein wärmespeicherndes Material in mit Konvektionsluft arbeitenden Schnellheizanlagen einzusetzen.
Ein Versuch dieses Konzept umzusetzen ist beispielsweise aus der DE 197 52 699 Cl bekannt. Dieses Dokument zeigt einen Heizofen mit Wärmespeicherplatten, welche zwischen einem blechummantelten Feuerraum und der Aussenwandung bzw. Aussenverkleidung des Ofens jeweils beabstandet angeordnet sind. Durch diese Abstände entstehen zwei parallel laufende Luft- bzw. Strömungskanäle, welche der Zirkulation von eingeschlossener Luft dienen.
Zur Erreichung eines Luftkreislaufes sind Flächenspeicherkörper oberhalb und unterhalb des Feuerraumes beabstandet vorgesehen, sodass beim Aufwärtsströmen der aufgeheizten Luft ein Entweichen der Luft verhindert wird. Das Prinzip besteht dabei im zirku- lieren der Luft innerhalb des Ofens, es wird keine erwärmte Luft nach aussen hin abgegeben.
Eine Weiterentwicklung ist aus der DE 38 32 011 Al bekannt, in welcher ein Kachelofen mit einer thermo-bimetallgesteuerter Heizregelung beschrieben ist. Die Kachelwände stehen in lösbarer Verbindung mit dem Kachelgrundofengehäuse, welche mit einem Thermo-bimetall-Lochscheiben-Hohlkörper und einer gegen die Kachelwand widergelagerten Druckfeder ausgestattet sind. Abhängig von der jeweiligen Temperatur im Thermo-bimetall-LochscheibenHohlkörper werden zwischen dem Heizofen und den Kachelwänden konvektiv wirkende Abstände hergestellt, sodass der Kachelofen zeitweise als Wärmespeicherofen und zeitweise als Konvektionsofen wirken kann.
Bei dieser Konstruktion ist interessant, dass im Falle einer Konvektion die Luft direkt an der Feuerraumwandung vorbeigeführt bzw. zwischen Brennwand und Innenfläche der wärmespeichernden Kachelwände nach oben hin ins Freie abgeleitet wird. Das Speichermaterial, nämlich die Kachelwände, ist demgemäss im Aussenbereich des Ofens angeordnet bzw. entspricht der Aussenwand des Ofens. Diese Konstruktion ist recht komplex
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aufgebaut, zudem ist ein Abspreizen der Kachelwände durch die
Thermo-bimetall-Einrichtung recht heikel und störungsanfällig.
Es ist nun Ziel der vorliegenden Erfindung eine einfache
Heizkonstruktion zur Verfügung zu stellen, bei welcher unter
Ausnutzung des Speicherverhaltens des verwendeten Wärmespei- chermaterials ein dauernder Konvektionsluftstrom geschaffen wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass an zumindest einer Aussenwand des Feuerraumes anschliessend wenigs- tens ein Speicherelement angeordnet ist, wobei zu erwärmende
Raumluft im einem zwischen dem Speicherelement und der Aussenver- kleidung des Ofens vorgesehenen Konvektionsspalt hindurchströmt.
Das Speicherelement, welches vorteilhafterweise durch sehr gute Wärmeleitfähigkeit ausgezeichnet ist, transportiert die im Feu- erraum freigesetzte Wärmeenergie rasch an seine dem Feuerraum abgewandten Aussenseite, sodass die Wärmeenergie rasch an die zu erwärmende Luft abgeben werden kann. Dies wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass das Speicherelement an den Feuerraum anschliessend, vorzugsweise direkt am Feuerraum angebracht ist, wodurch die anfallende Wärme bestmöglich vom Speicherelement aufgenommen werden kann. Dabei ist es günstig, wenn das Speicherelement eine Hitzebeständigkeit von bis zu 12000C aufweist, um einen beständigen und fehlerfreien Wärmetransport vom Feuerraum über das Speicherelement zu der den Konvektionsspalt durchströmenden Luft sicherzustellen.
Hinsichtlich einer Anordnung der Speicherelemente an der Aussenwand des Feuerraumes ist es zweckmässig, wenn an jeder Aussenwand des Feuerraumes zumindest ein Speicherelement angeordnet ist. Somit wird die erzeugte Wärme in jedem Fall ausgenutzt und ein eventueller Verlust der Wärmeübertragung wird hintangehalten.
In Zusammenhang mit der Anordnung des Speicherelementes an der Aussenwand des Feuerraumes ist es zweckdienlich, wenn das Speicherelement mittels Halteeinrichtungen an der Aussenwand des Feuerraumes angebracht sind. Das Halten der Speicherelemente am Feuerraum kann auf verschiedene Arten durchgeführt werden, wie zum Beispiel durch Klemmen an der Ober-und Unterkante des Speicherelementes oder aber auch durch einfache Befestigung, z. B.
Verschraubung, der Speicherelemente direkt an die Aussenwand des Feuerraumes. Durch variable Halteeinrichtungen sind die
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Speicherelemente an jede Form des Feuerraumes anbringbar.
In diesem Zusammenhang ist es günstig, wenn die Speicher- elemente plattenförmig ausgebildet sind. Eine solche Ausführung wirkt sich äusserst günstig auf die Wärmeübertragung vom Feuer- raum zum Speicherelement aus, da eine Plattenform plan an der
Feuerraumaussenwand zu liegen kommen kann-natürlich vorausge- setzt, dass die Aussenwand des Feuerraumes ebenfalls plan ist.
Bei manchen Heizanlagen, insbesondere bei individuell angefertigten Öfen, kann es vorkommen, dass die Aussenwand des
Feuerraumes nicht einer planen Oberfläche entspricht. In solchen
Fällen besteht die Möglichkeit, die Speicherelemente bzw. die
Speicherplatten in Form von Streifen vorzusehen, sodass die Oberfläche der Aussenwand des Feuerraumes zumindest bereichsweise bedeckt werden kann. Dazu ist es vorteilhaft, wenn das Material des Speicherelements trennbar, vorzugsweise schneidbar, ist.
Gemäss einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es zweckmässig, wenn die Speicherelemente an ihrer dem Feuerraum zugewandten Seite eine glatte Oberfläche und an ihrer dem Feuerraum abgewandten, dem Konvektionsspalt zugewandten Seite eine raue, vorzugsweise gewellte, Oberfläche aufweisen. In Abhängigkeit von der Bauweise der Feuerraumaussenwand können die Speicherelemente bzw. die Speicherplatten auch variable Oberflächen aufweisen. Es ist auch vorstellbar, dass die dem Feuerraum zugewandte Seite des Speicherelementes eine gekrümmte Oberfläche aufweist. Gemäss der Erfindung ist ein Vorsehen von Aussparungen auf der Oberfläche der Speicherelemente auch bereichsweise möglich, entweder zum Zweck der Montage des Elements an der Feuerraumaussenwand, oder aber zur Vorsehung von Luftkanälen im Konvektiosspalt.
Vorzugsweise weisen die Speicherelemente an ihrer dem Feuerraum abgewandten Seite zumindest bereichsweise eine raue, vorzugsweise gerippte und/oder gewellte, Oberfläche auf. Die Wellen bzw. Rippen dienen dabei dazu, eine Maximierung der Oberfläche des Speicherelementes für die Luftströmung im Konvektionsbereich zu erreichen bzw. den Luftstrom durch Zwangsumlenkungen zu verlangsamen und dadurch den Wärmeaustausch zu verbessern.
Gemäss einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung sind die Speicherelemente aus einem Material hergestellt, welches eine Wärmeleitfähigkeit von 4 bis 9 W (mK)- und eine spezifische
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Wärmekapazität von 0, 6 bis 1 J g-lK-1 aufweist. Dadurch wird eine
Erhöhung des Wärmespeichervermögens und somit auch eine langanhaltenden Wärmeabgabe der Energie an die vorbeiströmende zu erwärmende Raumluft ermöglicht.
Es hat sich gezeigt, dass sich hiefür magnetitische Speicherelement am besten eignen, wobei aber auch herkömmliche Wärmespeichermaterialien verwendet werden können.
Um einen effektiven Konvektionsluftstrom herzustellen, ist es zweckmässig, wenn in der Aussenverkleidung des Ofens zumindest eine Eintrittsöffnung für die zu erwärmende Raumluft und zumindest eine Austrittsöffnung für die erwärmte Raumluft vorgesehen ist.
Für einen besseren Heizeffekt hat es sich gezeigt, dass es günstig ist, wenn ein oder mehrere Austrittsöffnungen an der Oberseite der Aussenverkleidung des Ofens vorgesehen sind. Diese können hinsichtlich ihrer Anordnung und Ausgestaltung variabel sein.
Gleichfalls ist es auch von Vorteil, wenn ein oder mehrere Austrittsöffnungen an zumindest einer Seite der Aussenverkleidung des Ofens vorgesehen ist bzw. sind.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung gegenüber herkömmlichen Kaminöfen gehen auch aus dem folgenden vergleichsversuch hervor :
Ein handelsüblicher Kaminofen (Modell AUSTROFLAMM PUR, Fa.
Austroflamm, AT) mit den folgenden Abmessungen bzw. Spezifikationen :
EMI5.1
<tb>
<tb> H/B/T <SEP> 1258/450/429 <SEP> mm <SEP>
<tb> Feuerraum <SEP> H/B/T270/325/350 <SEP> mm <SEP>
<tb> Gewicht <SEP> 160 <SEP> kg
<tb> Nominell <SEP> Heizleistung <SEP> gemäss <SEP> DIN <SEP> 188916 <SEP> kW <SEP>
<tb> Min/Max <SEP> Output <SEP> in <SEP> kW3, <SEP> 5/8 <SEP> kW
<tb> Raumheizleistung <SEP> abhängig <SEP> von <SEP> der <SEP> 60-120 <SEP> m3
<tb> Hausisolierung
<tb>
wurde zwei Testläufen unterzogen, einmal ohne Speicherelemente (Vergleich) und einmal erfindungsgemäss mit an der Aussenwand des Feuerraums befestigter Speicherelement (ca.
60 kg, Wärmeleitfähigkeit 8 W (mK)'\ spezifische Wärmekapazität 0, 7 bis 0, 9 J g-lK-
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1), wobei zwischen Speicherelement und Aussenverkleidung des Ofens ein Konvektionsspalt freiblieb. Jeder Testlauf bestand aus 2 Auflagen von je 2 kg genormter Holzbriketts, die erste Auflage ungemessen zur Erzeugung einer Grundglut, die zweite Auflage bei 4 % CO2 im Rauchgas, Schieberstellung :
Primärluft 0 %, Sekundärluft 45 % :
EMI6.1
<tb>
<tb> Vergleich <SEP> Erfindungsgemäss <SEP>
<tb> Energetisch <SEP> gewichteter <SEP> 78 <SEP> % <SEP> 88 <SEP> %
<tb> Wirkungsgrad <SEP> (in <SEP> Annäherungsrechnung <SEP> nach <SEP> 2 <SEP> Auflagen)
<tb> Brenndauer <SEP> für <SEP> 2 <SEP> Auflagen <SEP> 73 <SEP> Minuten <SEP> 106 <SEP> Minuten
<tb> CO-Emission <SEP> im <SEP> Mittel <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP> g/m3 <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> g/n
<tb> Oberflächentemperatur <SEP> der <SEP> 132 <SEP> c <SEP> 151 <SEP> oye <SEP>
<tb> Aussenverkleidung <SEP> bei <SEP> Brennende
<tb> Abkühlung <SEP> auf <SEP> 45 <SEP> OC <SEP> (gemessen <SEP> 100 <SEP> Minuten <SEP> 340 <SEP> Minuten
<tb> an <SEP> der <SEP> selben <SEP> Stelle <SEP> der <SEP> Aussenverkleidung)
<tb>
Der erfindungsgemässe Ofen wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert,
wobei der Gegenstand der vorliegenden Erfindung nicht hierauf beschränkt sein soll :
Fig. 1 zeigt den schematischen Wärmeverlauf im erfindungsgemässen Ofen,
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemässen Ofen in Höhe des Feuerraumes,
Fig. 3 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemässen Ofen in Höhe des Feuerraumes,
Fig. 4 eine Darstellung der Speicherelemente des erfindunggemässen Ofens von Fig. 2 in auseinandergezogener Form und
Fig. 5 eine Darstellung der Speicherelementen des erfindungsgemässen Ofens von Fig. 3 in auseinandergezogener Form.
Wie aus Fig. 1 erkennbar wird entstehende Wärme primär an die seitlich und oberhalb des Feuerraumes 1 angebrachten Speicherelementen 2 abgegeben. Die Speicherelementen 2 ihrerseits erwärmen die im Konvektionsspalt 3 vorhandene Luft, welche dadurch aufsteigt und durch in der Aussenverkleidung 4 vorgesehene Durchbrechungen 5 in den Umgebungsraum entweichen kann. Frischluft wird in weiterer Folge durch den Lufteinlass 6 und wei-
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ter in den Konvektionsspalt 3 angesaugt.
In Fig. 2 wird eine mögliche Ausführungsform eines Ofens ge- mäss der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Feuerraum 1 ist in- nen mit einer feuerfesten Auskleidung 7,8 versehen und von einer
Wand 9 umschlossen. An die Aussenwand 9 des Feuerraumes 1 schliessen unmittelbar die Speicherelementen 2 an, diese werden ihrerseits von der Aussenverkleidung 4 umschlossen, wobei zwi- schen Aussenverkleidung 4 und der Speicherelement 2 ein Konvek- tionsspalt bzw. -raum 3 frei bleibt. Wie in Fig. 1 beschrieben erwärmen die Speicherelementen 2 die im Konvektionsspalt 3 vor- handene Luft, welche dadurch aufsteigt und durch in der Aussenverkleidung 4 vorgesehene Durchbrechungen (nicht gezeigt) in den Umgebungsraum entweichen kann.
Frischluft wird in weiterer Folge durch im bodennahen Bereich befindliche Lufteinlässe (nicht gezeigt) und weiter in den Konvektionsspalt 3 angesaugt.
Bei der in Fig. 3 gezeigten mögliche Ausführungsform eines Ofens gemäss der vorliegenden Erfindung ist wiederum der Feuerraum 1 innen mit einer feuerfesten Auskleidung 7 versehen und von einer Wand 9 umschlossen. An die Rückseite der Aussenwand 9 des Feuerraumes 1 schliessen unmittelbar die Speicherelementen 2 an, wobei an ihrer der Aussenwand 9 des Feuerraumes 1 zugewandten Seite Aussparungen vorgesehen sind. Die Speicherelementen werden ihrerseits von der Aussenverkleidung 4 umschlossen, wobei zwischen Aussenverkleidung 4 und der Speicherelement 2 ein Konvektionsspalt bzw. -raum 3 frei bleibt. Wie in Fig. 1 beschrieben erwärmen auch hier die Speicherelementen 2 die im Konvektionsspalt bzw. -raum 3 vorhandene Luft, welche dadurch aufsteigt und durch in der Aussenverkleidung 4 vorgesehene Durchbrechungen (nicht gezeigt) in den Umgebungsraum entweichen kann.
Frischluft wird in weiterer Folge durch im bodennahen Bereich befindliche Lufteinlässe (nicht gezeigt) und weiter in den Konvektionsspalt 3 angesaugt.
Aus Fig. 4 und 5 ist die genaue Anordnung der Speicherelementen 2 innerhalb der Öfen gemäss Fig. 2 und 3 ersichtlich.
Aus Fig. 5 ist auch ersichtlich, dass im Ofen gemäss Fig. 3 zusätzlich zu der an die Rückseite der Aussenwand 9 des Feuerraumes 1 anschliessenden Speicherelementen 2 auch den Rauchgasabzug umschliessende Speicherelementen vorgesehen sind.