EP0332039A2 - Heizeinrichtung - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
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- F24B—DOMESTIC STOVES OR RANGES FOR SOLID FUELS; IMPLEMENTS FOR USE IN CONNECTION WITH STOVES OR RANGES
- F24B1/00—Stoves or ranges
- F24B1/02—Closed stoves
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- F24B—DOMESTIC STOVES OR RANGES FOR SOLID FUELS; IMPLEMENTS FOR USE IN CONNECTION WITH STOVES OR RANGES
- F24B7/00—Stoves, ranges or flue-gas ducts, with additional provisions for convection heating
- F24B7/007—Stoves or ranges with additional provisions for heating both air and water
Definitions
- the invention relates to a heating device, preferably designed as a tiled stove, for generating warm air for room heating and for obtaining hot water, as is specified in the preamble of claim 1 in detail.
- Heating devices that, like tiled stoves, serve primarily for the purpose of space heating, often develop excess heat during their operation, which can be used for other purposes.
- a common form of use in this context is the production of hot water, which can either be consumed as such or fed into a central heating system.
- the invention is therefore based on the object to provide a heating device of the type mentioned, which is characterized at the same time by a high efficiency in the use of the primary heat used and by a safe and reliable operation even without the installation of costly additional safety devices, in particular electrical type.
- the overall result of the invention leads to a heating device which, with a simple structural design, combines the advantages of optimal utilization of the fuel burned in the heating chamber for generating the primary heat and operation that excludes any risk of overheating.
- the normal case for achieving the warm air flow is mixed operation with a combination of forced circulation under fan drive and gravity, while with the fan stopped, pure gravity operation is maintained, which keeps all the warm air in motion and avoids any dangerous heat build-up.
- full utilization of the primary heat used to generate warm air is always ensured. No separate electrical safety devices are required for this.
- the heating device shown in the drawing has a housing 12, which is designed in the upper part externally in the form of a normal tiled stove and is additionally set up in its lower part for the production of hot water by means of excess heat.
- the housing 12 contains a heating chamber 3, which serves as the primary heat source for the production of warm air and the production of hot water in the heating device. Gas, oil or a solid fuel can be burned in this heating chamber 3 to generate heat.
- the flue gases generated during this combustion process leave the heating chamber 3 via a flue gas outlet 11 which emerges from the housing 12 at the top.
- the flue gases flow successively through two heat exchangers 4 and 5, which utilize the residual heat contained in the flue gas to generate warm air.
- a first warm air circuit I is formed in the housing 12, the air of which is heated by the heat given off by the heating chamber 3 and the heat exchangers 4 and 5.
- This first warm air circuit I also includes a heat exchanger 1 which is arranged in the housing 12 below the heating chamber 3 and which can be fed with cold water via water lines (not shown in the drawing) and which heats up in the heat exchanger 1 by exchanging heat with the hot air in the warm air circuit I.
- the hot water obtained in this way can be drawn off via further water pipes, likewise not shown in the drawing, this hot water either being used directly, for example, as part of a domestic water supply or being fed into a central heating system.
- the hot air flow through the heat exchanger 1 in the warm air circuit I is generated with the aid of a blower 2, which is arranged below the heat exchanger 1 and sucks the warm air through the heat exchanger 1 and then pushes it into a circulating air duct 15 which leads upwards in the housing 12 and by means of a Butterfly valve 6 can be shut off, which is only open when the fan 2 is running.
- the blower 2 is driven by means of an electric motor 13 underneath, the switching on of which simultaneously causes the butterfly valve 6 to open. With the fan 2 running, a closed air circuit is formed in the warm air circuit I through the heat exchanger 1 and the recirculation air duct 15 and past the heating chamber 3 and the heat exchangers 4 and 5 arranged above it.
- the warm air of the first warm air circuit I can emit its heat to a second warm air circuit II, which is provided separately in the housing 12 and surrounds the first warm air circuit I in the housing 12 on the outside.
- This second warm air circuit II is used to deliver hot air for heating purposes, and for this purpose it has at least one inlet 14 provided in the lower region of the housing 12 for ambient air to be heated from the surroundings and one in the upper region, in the illustrated embodiment in the ceiling of the housing 12 arranged outlet 7 for the hot air outlet into the environment.
- the two warm air circuits I and II are separated from one another, and the air heating in the second warm air circuit II, which has no direct contact with the heating chamber 3, then takes place with heat transfer through the partitions between the two warm air circuits I and II through, the first warm air circuit I being a primary circuit and the second warm air circuit II being a secondary circuit for warm air.
- the heat given off by the heating chamber 3 and the heat exchangers 4 and 5 to the first warm air circuit I is emitted in this operating state of the heating device partly to air in the second warm air circuit II and partly to water in the heat exchanger 1, with no place where undesirable heat accumulation can occur .
- the heating device is responsible for this operating state, which in particular also in the event of a fault in the cold water supply to the heat exchanger 1 or in the event of a long-term interruption in the removal of hot water from the heat exchanger 1, an increased heat output from the warm air circuit I to the warm air circuit II is provided.
- a flap system serves this purpose, which enables a direct connection of the two warm air circuits I and II and thus an inflow of warm air from the first warm air circuit I into the second warm air circuit II and entry of cold air into the first warm air circuit I.
- this flap system includes an inlet flap 8 provided at the bottom in the housing 12 near the inlet 14 for room air to be heated in the partition between the two warm air circuits I and II for a cold air inlet also in the first warm air circuit I and one near the top in the housing 12 the outlet 7 for the hot air outlet into the environment in the partition between the warm air circuits I and II arranged outlet flap 9.
- an operational coupling via a coupling linkage 16 indicated in the drawing by a broken line, which for a simultaneous opening and closing of both flaps 8 and 9 ensures.
- the heating device is thus either in a combined operating state with forced circulation of the hot air in the first warm air circuit I caused by the blower 2 and gravity flow of the warm air in the second warm air circuit II or in a pure gravity operation with warm air flow alone under the influence of gravity in both the first warm air circuit I and in the second warm air circuit II. In both operating cases, it is ensured that the hot air flow obtained is sufficient to avoid undesirable heat build-up in the heating device without the need for a separate electrical safety device.
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist eine bevorzugt als Kachelofen ausgebildet Heizeinrichtung, die zum einen die Erzeugung von Warmluft zur Raumbeheizung und zum anderen die Gewinnung von Warmwasser ermöglicht.
Dazu enthält die Heizeinrichtung eine Heizkammer (3) für eine Verbrennung von Brennstoff als primäre Wärmequelle und einen mit zu erwärmendem Wasser und über ein Gebläse (2) mit mittels der Heizkammer (3) erhaltener Warmluft speisbaren Wärmetauscher (1). Gemäß der Erfindung ist zur Sicherstellung einerseits eines hohen Wirkungsgrades für die Primärwärmeausnutzung und andererseits eines wärmestaufreien Betriebs ein gemeinsames Gehäuse (12) für zwei Warmluftkreise (I und II) vorgesehen, die im Gehäuse (12) in Wärmeaustausch miteinander stehen und über ein in Abhängigkeit von Betriebszustand des Gebläses (2) öffnendes und schließendes Klappensystem (8, 9) unmittelbar miteinander verbinden werden können, wobei der erste Warmluftkreis (I) die Heizkammer (3) umschließt und den Wärmetauscher (1) enthält, während der zweite Warmluftkreis (II) über einen Einlaß (14) zu erwärmende Luft aus der Umgebung aufnimmt und über einen Auslaß (7) Warmluft an die Umgebung abgeben kann.
Description
- Die Erfinding betrifft eine bevorzugt als Kachelofen ausgebildete Heizeinrichtung zum Erzeugen von Warmluft zur Raumbeheizung und zum Gewinnen von Warmwasser, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 im einzelnen angegeben ist.
- Heizeinrichtungen, die wie Kachelöfen primär zum Zwecke der Raumbeheizung dienen, entwickeln bei ihrem Betrieb häufig Wärme im Überschuß, die anderweitig nutzbar gemacht werden kann. Eine in diesem Zusammenhang übliche Nutzungsform ist dabei die Gewinnung von Warmwasser, das entweder als solches verbraucht oder in eine Zentralheizungsanlage eingespeist werden kann.
- Soweit für die Warmwassergewinnung vorgesehene Zusatzeinrichtungen wie Wasserkessel oder Boiler unmittelbar mit der Heizeinrichtung selbst zusammengebaut werden, bedarf es zusätzlich des Einbaus gesonderter und meist kostspieliger Sicherheitseinrichtungen, um auch bei einer Störung in der Kaltwasserzufuhr oder bei längerer Unterbrechung der Warmwasserabnahme selbst eine lokale Überhitzung in der Gesamtanlage auszuschließen. Getrennt angeordnete Zusatzeinrichtungen, die im Störungsfalle einfach abgetrennt werden können, weisen wegen der dann notwendigen zusätzlichen Leitungen zwangsläufig einen verminderten Wirkungsgrad für die Gesamtwärmenutzung auf.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Heizeinrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die sich gleichzeitig durch einen hohen Wirkungsgrad bei der Ausnutzung der eingesetzten Primärwärme und durch einen stets sicheren und zuverlässigen Betrieb auch ohne den Einbau kostspieliger zusätzlicher Sicherheitseinrichtungen insbesondere elektrischer Art auszeichnet.
- Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Ausbildung der Heizeinrichtung, wie sie im Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist. Vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Die Erfindung führt im Gesamtergebnis zu einer Heizeinrichtung, die bei einfacher baulicher Gestaltung die Vorzüge einer optimalen Ausnutzung des zur Erzeugung der Primärwärme in der Heizkammer verbrannten Brennstoffs und eines jede Überhitzungsgefahr ausschließenden Betriebs in sich vereint. Dabei ist der Normalfall für die Erzielung des Warmluftstroms ein gemischter Betrieb mit einer Kombination aus Zwangsumlauf unter Gebläseantrieb und Schwerkraftwirkung, während bei stillstehendem Gebläse ein reiner Schwerkraftbetrieb aufrechterhalten bleibt, der die gesamte Warmluft in Bewegung hält und jeden gefährlichen Wärmestau vermeidet. Stets aber ist eine volle Ausnutzung der aufgewandten Primärwärme zur Warmlufterzeugung sichergestellt. Dazu bedarf es keiner gesonderten elektrischen Sicherheitseinrichtungen.
- Für die weitere Erläuterung der Erfindung und ihrer Vorteile wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Erfindung veranschaulicht ist. Dabei zeigen in der Zeichnung:
- Fig. 1 eine Heizeinrichtung gemäß der Erfindung in einer teilweise aufgeschnittenen Vorderansicht
und - Fig. 2 die Heizeinrichtung von Fig. 1 in einer wiederum teilweise aufgeschnittenen Seitenansicht.
- Alle Darstellungen in der Zeichnung sind schematisch gehalten, und für die Bezeichnung gleicher Bauteile finden in allen Figuren der Zeichnung die gleichen Bezugszahlen Verwendung.
- Die in der Zeichnung dargestellte Heizeinrichtung besitzt ein Gehäuse 12, das in seinem oberen Teil äußerlich in Form eines normalen Kachelofens ausgebildet ist und in seinem unteren Teil zusätzlich auf die Gewinnung von Warmwasser mittels Überschußwärme eingerichtet ist.
- In seinem oberen Teil enthält das Gehäuse 12 eine Heizkammer 3, die als primäre Wärmequelle für die Warmlufterzeugung und die Warmwassergewinnung in der Heizeinrichtung dient. In dieser Heizkammer 3 kann zur Wärmeerzeugung Gas, Öl oder ein fester Brennstoff verbrannt werden. Die bei diesem Verbrennungsvorgang entstehenden Rauchgase verlassen die Heizkammer 3 über einen Rauchgasabzug 11, der oben aus dem Gehäuse 12 austritt. Auf ihrem Wege durch das Gehäuse 12 von der Heizkammer 3 zum Rauchgasabzug 11 durchströmen die Rauchgase nacheinander zwei Wärmetauscher 4 und 5, die der Ausnutzung der im Rauchgas enthalten Restwärme zur Warmlufterzeugung diesen.
- Rund um die Heizkammer 3 und die Wärmetauscher 4 und 5 ist im Gehäuse 12 ein erster Warmluftkreis I ausgebildet, dessen Luft durch die von der Heizkammer 3 und die Wärmetauscher 4 und 5 abgegebene Wärme aufgeheizt wird. Zu dieser ersten Warmluftkreis I gehört weiter ein im Gehäuse 12 unterhalb der Heizkammer 3 angeordneter Wärmetauscher 1, der über in der Zeichnung nicht eigens dargestellte Wasserleitungen mit Kaltwasser gespeist werden kann, das sich im Wärmetauscher 1 unter Wärmeaustausch mit der Warmluft im Warmluftkreis I erwärmt. Das so erhaltene Warmwasser kann über ebenfalls in der Zeichnung nicht eigens gezeigte weitere Wasserleitungen abgezogen werden, wobei dieses Warmwasser entweder beispielsweise im Rahmen einer Hauswasserversorgung unmittelbar genutzt oder in eine Zentralheizungsanlage eingespeist werden kann.
- Der Warmluftstrom durch den Wärmetauscher 1 im Warmluftkreis I wird mit Hilfe eines Gebläses 2 erzeugt, das unterhalb des Wärmetauschers 1 angeordnet ist und die Warmluft durch den Wärmetauscher 1 hindurchsaugt und anschließend in einen Umluftkanal 15 hineindrückt, der im Gehäuse 12 nach oben führt und mittels einer Absperrklappe 6 abgesperrt werden kann, die nur bei laufendem Gebläse 2 geöffnet ist. Der Antrieb des Gebläses 2 erfolgt mittels eines darunter liegenden Elektromotors 13, dessen Einschalten gleichzeitig ein Öffnen der Absperrklappe 6 bewirkt. Bei laufendem Gebläse 2 kommt es so im Warmluftkreis I zur Ausbildung eines geschlossenen Luftkreislaufs durch den Wärmetauscher 1 und den Umluftkanal 15 hindurch und an der Heizkammer 3 und den darüber angeordneten Wärmetauschern 4 und 5 vorbei.
- Außer an den Wärmetauscher 1 für die Warmwassergewinnung kann die Warmluft des ersten Warmluftkreises I ihre Wärme an einen im Gehäuse 12 gesondert vorgesehenen zweiten Warmluftkreis II abgeben, der den ersten Warmluftkreis I im Gehäuse 12 außen umgibt. Dieser zweite Warmluftkreis II dient zur Abgabe von Warmluft für Heizungszwecke, und der hat dazu wenigstens einen im unteren Bereich des Gehäuses 12 vorgesehenen Einlaß 14 für zu erwärmende Raumluft aus der Umgebung und einen im oberen Bereich, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in der Decke des Gehäuses 12 angeordneten Auslaß 7 für den Warmluftaustritt in die Umgebung.
- Bei laufendem Gebläse 2 im ersten Warmluftkreis I sind die beiden Warmluftkreise I und II voneinander getrennt, und die Lufterwärmung im zweiten Warmluftkreis II, der keine unmittelbare Berührung mit der Heizkammer 3 hat, erfolgt dann unter Wärmeübergang durch die Trennwände zwischen den beiden Warmluftkreisen I und II hindurch, wobei der erste Warmluftkreis I einen Primärkreislauf und der zweite Warmluftkreis II einen Sekundärkreislauf für Warmluft darstellt. Die von der Heizkammer 3 und den Wärmetauschern 4 und 5 an den ersten Warmluftkreis I abgegebene Wärme wird bei diesem Betriebszustand der Heizeinrichtung teils an Luft im zweiten Warmluftkreis II und teils an Wasser im Wärmetaucher 1 abgegeben, wobei es keiner Stelle zu einem unerwünschten Wärmestau kommen kann.
- Bei abgeschaltetem Elektromotor 13, also stillstehendem Gebläse 2 und geschlossener Absperrklappe 6 erfolgt kein nennenswerter Wärmeübergang von der Warmluft im Warmluftkreis I auf Wasser im Wärmetauscher 1. Stattdessen ist für diesen Betriebszustand der Heizeinrichtung, der insbesondere auch bei einer Störung in der Kaltwasserzufuhr zum Wärmetauscher 1 oder bei einer langanhaltenden Unterbrechung der Warmwasserentnahme aus dem Wärmetauscher 1 gegeben ist, eine gesteigerte Wärmeabgabe vom Warmluftkreis I an den Warmluftkreis II vorgesehen. Dazu dient ein Klappensystem, das eine unmittelbare Verbindung der beiden Warmluftkreis I und II und damit ein Einströmen von Warmluft aus dem ersten Warmluftkreis I in den zweiten Warmluftkreis II und einen Eintritt von Kaltluft in den ersten Warmluftkreis I ermöglicht.
- Zu diesem Klappensystem gehören bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine unten im Gehäuse 12 nahe dem Einlaß 14 für zu erwärmende Raumlauft in der Trennwand zwischen den beiden Warmluftkreisen I und II vorgesehene Einlaßklappe 8 für einen Kaltlufteintritt auch in den ersten Warmluftkreis I und eine oben im Gehäuse 12 nahe dem Auslaß 7 für den Warmluftaustritt in die Umgebung in der Trennwand zwischen den Warmluftkreisen I und II angeordnete Auslaßklappe 9. Zwischen der Einlaßklappe 8 und der Auslaßklappe 9 besteht eine betriebsmäßige Kopplung über ein in der Zeichnung durch eine gestrichelte Linie angedeutetes Koppelgestänge 16, das für ein gleichzeitiges Öffnen bzw. Schließen beider Klappen 8 und 9 sorgt. Dieses Öffnen bzw. Schließen zum Verbinden bzw. Trennen der beiden Warmluftkreise I und II erfolgt mit Hilfe eines Stellantriebs 10, der seinerseits betriebsmäßig mit dem Elektromotor 13 für den Antrieb des Gebläses 2 gekoppelt ist, wobei eine Aktivierung des Stellantriebs 10 im Sinne eines Öffnens der Klappen 8 und 9 und damit einer Verbindung der beiden Warmluftkreise I und II miteinander nur dann erfolgt, wenn der Elektromotor 13 nicht läuft und das Gebläse 2 entsprechend stillsteht. Bei laufendem Gebläse 2 dagegen ist nur die Absperrklappe 6 geöffnet, während die Klappen 8 und 9 geschlossen gehalten werden.
- Je nach der Stellung der Klappen 6, 8 und 9 befindet sich die Heizeinrichtung somit entweder in einem kombinierten Betriebszustand mit durch das Gebläse 2 bewirktem Zwangsumlauf der Warmluft im ersten Warmluftkreis I und Schwerkraftströmung der Warmluft im zweiten Warmluftkreis II oder in einem reinen Schwerkraftbetrieb mit Warmluftströmung allein unter Schwerkrafteinwirkung sowohl im ersten Warmluftkreis I als auch im zweiten Warmluftkreis II. In beiden Betriebsfällen ist jeweils sichergestellt, daß der erhaltene Warmluftstrom ausreicht, einen unerwünschten Wärmestau in der Heizeinrichtung zu vermeiden, ohne daß es dazu gesonderter elektrischer Sicherheitseinrichtung bedarf.
Claims (7)
1. Heizeinrichtung, vorzugsweise in der Form eines Kachelofens, zum Erzeugen von Warmluft zur Raumbeheizung und zum Gewinnen von Warmwasser mit einer Heizkammer für eine Verbrennung von Brennstoff als Wärmequelle für wenigstens einen Luftkreislauf und mit einem zum einen mit zu erwärmendem Wasser und zum anderen über ein Gebläse mit mittels der Heizkammer erhaltener Warmluft speisbaren ersten Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß in einem gemeinsamen Gehäuse (12) ein die Heizkammer (3) umschließender und den ersten Wärmetauscher (1) enthaltender erster Warmluftkreis (I) und ein Raumluft aus der Umgebung aufnehmender und Warmluft an die Umgebung abgebender zweiter Warmluftkreis (II) in Wärmeaustausch miteinander stehen und über ein in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Gebläses (2) öffnendes und schließendes Klappensystem (8, 9) unmittelbar miteinander zu verbinden sind.
2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Warmluftkreis (II) den ersten Warmluftkreis (I) im Gehäuse (12) von außen umgibt und mit einem unteren Einlaß (14) für zu erwärmende Raumluft und einem oberen Auslaß (7) für einen Warmluftaustritt in die Umgebung auf reinen Schwerkraftbetrieb eingerichtet ist.
3. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Warmluftkreis (I) den ersten Wärmetauscher (1) unterhalb der Heizkammer (3) angeordnet enthält und noch unterhalb des ersten Wärmetauschers (1) eine in den zweiten Warmluftkreis (II) im Bereich von dessen Einlaß (14) für zu erwärmende Raumluft öffnende Einlaßklappe (8) und oberhalb der Heizkammer (3) eine in den zweiten Warmluftkreis (II) insbesondere im Bereich von dessen Auslaß (7) für den Warmluftaustritt in die Umgebung mündende Auslaßklappe (9) aufweist, wobei diese Klappen (8 und 9) unter betriebsmäßiger Kopplung miteinander immer dann öffnen, wenn das Gebläse (2) nicht in Betrieb ist, bei laufendem Gebläse (2) dagegen geschlossen sind.
4. Heizeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßklappe (8) und die Auslaßklappe (9) für die Verbindung zwischen dem ersten Warmluftkreis (I) und dem zweiten Warmluftkreis (II) über ein Koppelgestänge (16) mechanisch miteinander verbunden und an einen gemeinsamen Stellantrieb (10) angeschlossen sind, der seinerseits elektrisch mit dem Antriebsmotor (13) für das Gebläse (2) gekoppelt ist und nur bei dessen Stillstand im Sinne einer Klappenöffnung in Betrieb geht.
5. Heizeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Warmluftkreis (I) im Anschluß an das in Strömungsrichtung gesehen hinter dem ersten Wärmetauscher (1) liegende Gebläse (2) einen Umluftkanal (15) mit einer Absperrklappe (6) aufweist, die nur bei laufendem Gebläse (2) geöffnet ist.
6. Heizeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Warmluftkreis (I) oberhalb der Heizkammer (3) wenigstens einen zweiten Wärmetauscher (4, 5) zur Ausnutzung der Restwärme des aus der Heizkammer (3) austretenden Rauchgases für eine zusätzliche Lufterwärmung enthält.
7. Heizeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wärmetauscher (1) im Wasserkreislauf einer Zentralheizung und/oder einer Hauswasserversorgung liegt.
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