Speicherofen

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ofen mit Außenverkleidung, einem Feuerraum, wenigstens einem Speicherelement und einem Konvektionsbereich zwischen Feuerraum und Außenverkleidung des Ofens, wobei an zumindest einer Außenwand des Feuerraumes wenigstens ein Speicherelement angeordnet ist, und zu erwärmende Raumluft in einem Konvektionsspalt zwischen dem Speicherelement und der Außenverkleidung des Ofens hindurchströmt.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ofen mit Außenverkleidung, einem Feuerraum, wenigstens einem Speicherelement und einem Konvektionsbereich zwischen Feuerraum und Außenverkleidung des Ofens.

[0002] Traditionell hergestellte Speicheröfen, insbesondere Kachelöfen oder Kamine, benötigen eine relativ lange An- bzw. Aufheizphase, 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 Wärmespeichermaterial, zumeist aus Schamotte oder Ton hergestellt, reagiert äußerst träge in Bezug auf Wärmeaufnahme und die Wärmeverteilung innerhalb 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.

[0003] 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.

[0004] 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.

[0005] In der letzten Zeit galt das Bestreben, eine Kombination der beiden oben genannten Prinzipien (Wärmestrahlung von Speicherelementen und Konvektion) zur Verfügung zu stellen, wobei insbesondere versucht wurde, ein wärmespeicherndes Material in mit Konvektionsluft arbeitenden Schnellheizanlagen einzusetzen.

[0006] Ein Versuch dieses Konzept umzusetzen ist beispielsweise aus der DE 197 52 699 C1 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 ober-halb und unterhalb des Feuerraumes beabstandet vorgesehen, sodass beim Aufwärtsströmen der aufgeheizten Luft ein Entweichen der Luft verhindert wird. Das Prinzip besteht dabei im Zirkulieren der Luft innerhalb des Ofens, es wird keine erwärmte Luft nach außen hin abgegeben.

[0007] Eine Weiterentwicklung ist aus der DE 38 32 011 A1 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-Lochscheiben-Hohlkörper 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 aufgebaut, zudem ist ein Abspreizen der Kachelwände durch die Thermo-bimetall-Einrichtung recht heikel und störungsanfällig.

[0008] Es ist nun Ziel der vorliegenden Erfindung eine einfache Heizkonstruktion zur Verfügung zu stellen, bei welcher unter Ausnutzung des Speicherverhaltens des verwendeten Wärmespeichermaterials ein dauernder Konvektionsluftstrom geschaffen wird.

[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an zumindest einer Außenwand des Feuerraumes anschließend wenigstens ein Speicherelement angeordnet ist, wobei zu erwärmende Raumluft im einem zwischen dem Speicherelement und der Außenverkleidung des Ofens vorgesehenen Konvektionsspalt hindurchströmt. Das Speicherelement, welches vorteilhafterweise durch sehr gute Wärmeleitfähigkeit ausgezeichnet ist, transportiert die im Feuerraum 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 1200°C aufweist, um einen beständigen und fehlerfreien Wärmetransport vom Feuerraum über das Speicherelement zu der den Konvektionsspalt durchströmenden Luft sicherzustellen.

[0010] 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.

[0011] 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 Speicherelemente an jede Form des Feuerraumes anbringbar.

[0012] In diesem Zusammenhang ist es günstig, wenn die Speicherelemente plattenförmig ausgebildet sind. Eine solche Ausführung wirkt sich äußerst günstig auf die Wärmeübertragung vom Feuerraum zum Speicherelement aus, da eine Plattenform plan an der Feuerraumaußenwand zu liegen kommen kann - natürlich vorausgesetzt, 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.

[0013] 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.

[0014] 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.

[0015] Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung sind die Speicherelemente aus einem Material hergestellt, welches eine Wärmeleitfähigkeit von 4 bis 9 W(mK)^-1 und eine spezifische Wärmekapazität von 0,6 bis 1 J g^-1K^-1 aufweist. Dadurch wird eine Erhöhung des Wärmespeichervermögens und somit auch eine langanhaltenden Wärmeabgabe der Energie an die vorbeiströmende zu erwärmende Raumluft ermöglicht.

[0016] Es hat sich gezeigt, dass sich hiefür magnetitische Speicherelement am besten eignen, wobei aber auch herkömmliche Wärmespeichermaterialien verwendet werden können.

[0017] 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.

[0018] 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.

[0019] Gleichfalls ist es auch von Vorteil, wenn ein oder mehrere Austrittsöffnungen an zumindest einer Seite der Außenverkleidung des Ofens vorgesehen ist bzw. sind.

[0020] Die Vorteile der vorliegenden Erfindung gegenüber herkömmlichen Kaminöfen gehen auch aus dem folgenden Vergleichsversuch hervor:

[0021] Ein handelsüblicher Kaminofen (Modell AUSTROFLAMM PUR, Fa. Austroflamm, AT) mit den folgenden Abmessungen bzw. Spezifikationen:

H / B / T	1258/450/429 mm
Feuerraum H / B / T	270/325/350 mm
Gewicht	160 kg
Nominelle Heizleistung gemäß DIN 18891	6 kW
Min/Max Output in kW	3,5 / 8 kW
Raumheizleistung abhängig von der Hausisolierung	60-120 m3

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)^-1, spezifische Wärmekapazität 0,7 bis 0,9 J g^-1K^-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 %:

	Vergleich	Erfindungsgemäß
Energetisch gewichteter Wirkungsgrad (in Annäherungsrechnung nach 2 Auflagen)	78 %	88 %
Brenndauer für 2 Auflagen	73 Minuten	106 Minuten

	Vergleich	Erfindungsgemäß
CO-Emission im Mittel	1,2 g/m3	0,8 g/m3
Oberflächentemperatur der Außenverkleidung bei Brennende	132 °C	151 °C
Abkühlung auf 45 °C (gemessen an der selben Stelle der Außenverkleidung)	100 Minuten	340 Minuten

[0022] 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 erfindungsgemäßen Ofens von Fig. 2 in auseinandergezogener Form und

Fig. 5 eine Darstellung der Speicherelementen des erfindungsgemäßen Ofens von Fig. 3 in auseinandergezogener Form.

[0023] 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 weiter in den Konvektionsspalt 3 angesaugt.

[0024] In Fig. 2 wird eine mögliche Ausführungsform eines Ofens gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Feuerraum 1 ist innen 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 zwischen Außenverkleidung 4 und der Speicherelement 2 ein Konvektionsspalt bzw. -raum 3 frei bleibt. Wie in Fig. 1 beschrieben erwärmen die Speicherelementen 2 die im Konvektionsspalt 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.

[0025] 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.

[0026] 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.

Ansprüche

1. Ofen mit Außenverkleidung, einem Feuerraum, wenigstens einem Speicherelement und einem Konvektionsbereich zwischen Feuerraum und Außenverkleidung des Ofens, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einer Außenwand des Feuerraumes wenigstens ein Speicherelement angeordnet ist, wobei zu erwärmende Raumluft in einem Konvektionsspalt zwischen dem Speicherelement und der Außenverkleidung des Ofens hindurchströmt.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Außenwand des Feuerraumes zumindest ein Speicherelement angeordnet ist.

3. Ofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherelement mittels Halteeinrichtungen an der Außenwand des Feuerraumes angebracht ist.

4. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherelemente plattenförmig ausgebildet sind.

5. Ofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherelemente an ihrer dem Feuerraum zugewandten Seite zumindest bereichsweise eine glatte Oberfläche aufweisen.

6. Ofen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherelemente an ihrer dem Feuerraum abgewandten Seite zumindest bereichsweise eine raue, vorzugsweise gerippte und/oder gewellte, Oberfläche aufweisen.

7. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherelemente aus einem Material hergestellt sind, welches eine Wärmeleitfähigkeit von 4 bis 9 W(mK)^-1 und eine spezifische Wärmekapazität von 0,6 bis 1 J g^-1K^-1 aufweist.

8. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Außenverkleidung zumindest eine Eintrittsöffnung für die zu erwärmende Raumluft und zumindest eine Austrittsöffnung für die erwärmte Raumluft vorgesehen ist.

9. Ofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberseite der Außenverkleidung des Ofens ein oder mehrere Austrittsöffnungen vorgesehen sind.

10. Ofen nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einer Seite der Außenverkleidung des Ofens ein oder mehrere Austrittsöffnungen vorgesehen sind.

Zeichnung