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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung die eine Sicht auf ein brennendes
Feuer in einem Ofen erlaubt, der bevorzugt im Wohnbereich aufgestellt wird
und der zur Wärmeversorgung
zumindest mehrerer Räume
und/oder auch zur Warmwasserbereitung eingesetzt wird.
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Wärmeerzeuger
mit einem angenehmen Erscheinungsbild des Feuers werden gerne im
Wohnbereich aufgestellt, damit man das Flammenspiel beobachten kann.
Die Sichtöffnung
wird meist mit einer Glasscheibe versehen. Das konstruktive Merkmal der
Sichtöffnung
hat für
den Ofen zur Folge, dass – trotz
Glasscheibe – ein
nennenswerter Anteil an Wärmeenergie
an den Aufstellungsraum abgegeben wird. Dies ist darin begründet, dass
die Wärmeabgabe
einer Glasscheibe deutlich größer ist
als die einer isolierten Wand. Solange die Wärme, die über die Scheibe abgegeben wird,
im Aufstellungsraum genutzt werden kann, ist dieser einfache Aufbau
der Sichtöffnung
unproblematisch (bis auf die Verbrennungsgefahr). Dies ändert sich
allerdings bei Öfen, die
nicht nur den Aufstellungsraum, sondern auch angrenzende Räume oder
zentral das komplette Gebäude
beheizen sollen. Hier kommt es häufig
zu einer Überhitzung
des Aufstellungsraums, damit die anderen Räume noch genügend Heizwärme geliefert bekommen.
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Gravierend
ist dies besonders im Sommer, wenn der Ofen zur Trinkwasser-Erwärmung betrieben
wird. Wenn das Merkmal der Sichtöffnung
bei einem solchen Ofen erhalten bleiben soll, ist eine deutliche
Reduktion der Wärmeabgabe
durch die Sichtöffnung
erforderlich.
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Ansätze zur
Reduktion der Wärmeabgabe, die über den
Einsatz einer einfachen Scheibe hinausgehen, sind bereits bekannt.
So wird in der
DE 3709834
A1 ein Aufbau aus zwei Scheiben vorgeschlagen, zwischen
denen Luft eingeschlossen ist. Durch diesen Aufbau kommt es zu einer
erhöhten Temperatur
auf der Innenseite der dem Feuerraum zugewandten Glasseite, was
eine geringere Verrußung
zu Folge hat. Auch sind Zweischeiben-Ausführungen bekannt, bei denen
im Zwischenraum Luft aus dem Aufstellungsraum zirkuliert. Bei dieser
Ausführung
werden die Oberflächentemperatur
der äußeren Sichtscheibe
und die Verbrennungsgefahr verringert; die Wärmeabgabe an den Aufstellungsraum insgesamt
wird dadurch allerdings nicht reduziert. Weiterhin ist auch der
Einsatz von Gläsern
mit einer wärmereflektierenden
Beschichtung bekannt. Durch die Beschichtung wird die Wärmeabgabe
zwar reduziert, dies fällt
aber auch eher gering aus, da – optisch
unauffällige
Beschichtungen – nur
unzureichend hohe Reflexionsgrade, meist unter 75% aufweisen. Allen
bekannten Ausführungen
ist gemeinsam, dass sie die Wärmeabgabe
durch die Sichtöffnung
nur unzureichend reduzieren.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Sichtöffnung
so zu gestalten, dass die Wärmeabgabe
an den Aufstellungsraum nennenswert reduziert wird und die Oberflächentemperatur
der dem Aufstellungsraum zugewandten äußeren Glasscheibe so gering
ist, dass die Verbrennungsgefahr weitestgehend nicht mehr relevant
ist.
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Hierdurch
ist es möglich, Öfen in Wohnräumen, die
für eine
wohnungszentrale Wärmeversorgung
eingesetzt werden sollen, insbesondere auch im Sommer zur Erwärmung von
Trinkwasser einzusetzen. Dadurch wird ein zweiter Wärmeerzeuger
für diesen
Fall überflüssig und
die Kosten der Heizungsanlage können
gesenkt werden. Da bei Pelletöfen
als zweiter Wärmeerzeuger
häufig
eine Solaranlage verwendet wird, sind die eingesparten Kosten beträchtlich,
so dass höhere
Kosten für
die aufwändigere Sichtöffnung mühelos kompensiert
werden.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Verwendung einer Verglasung mit mindestens zwei Scheiben und durch
die Durchströmung
mindestens eines Glaszwischenraums mit Verbrennungsluft und durch
die Verwendung mindestens einer wärmereflektierenden Beschichtung
mit einem Reflexionsgrad höher
als 80% gelöst.
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Bei
der Vorrichtung mit den Erfindungsmerkmalen wird wirkungsvoll erreicht,
dass die Hitze der Brennkammer nicht nach außen in den Aufstellungsraum
dringen kann. Die äußere Scheibe
bleibt mit ungefähr
100 °C deutlich
unter den Temperaturen einer Einfachverglasung mit ca. 300°C. Damit
wird ebenfalls das Risiko von Verbrennungen der Haut bei Berührung nennenswert
reduziert. Wichtig ist, das diese Ziele erst durch die Kombination
aller drei Merkmale erreicht werden: jedes Merkmal für sich bzw.
nur eine Kombination von zwei Merkmalen führt nicht zur Lösung der
gestellten Aufgabe.
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Als
besonders vorteilhaft hat sich ein Aufbau aus drei Scheiben herausgestellt.
Die dritte Scheibe, die einen zweiten Scheibenzwischenraum bildet, trägt durch
die bessere Luftkühlung
entlang der Scheiben zu einer deutlichen Reduktion des Wärmeverlustes
bei, da die erwärmte
Verbrennungsluft die Wärme,
die ansonsten verloren gehen würde,
aufnimmt und wieder der Verbrennung zuführt. Sie verlässt damit
den Ofen praktisch nicht. Eine weitere, vierte Scheibe würde zwar
im Prinzip noch zu einer weiteren Verbesserung führen, dies steht aber in keinem
Verhältnis
zum Aufwand dieser vierten Scheibe.
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Der
Scheibenabstand sollte nicht zu eng gewählt werden. Besonders vorteilhaft
ist ein Abstand zwischen 10 und 15 mm. Kleinere Abstände vergrößern die Druckverluste der Verbrennungsluftströmung und
führen
außerdem
zu einem höheren
Wärmeverluststrom über die
Sichtöffnung,
da der bessere Wärmeübergangskoeffizient
die äußere Scheibe besser
erwärmt.
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Besonders
vorteilhaft ist die Anbringung einer wärmereflektierenden Schicht
auf der Oberfläche der
inneren Scheibe, die dem Verbrennungsraum zugewandt ist. Hierdurch
wird die Wärmestrahlung
am wirkungsvollsten unterbunden. Die luftgekühlte mittlere Scheibe ist auch
kühl genug,
um eine Beschichtung aus zum Beispiel Gold oder Kupfer, die hohe Reflektionsgrade über 90 %
ermöglichen,
dauerhaft beständig
zu halten. Ohne Luftkühlung
wäre die
mittlere Scheibe als Träger
für die
oben genannten Beschichtungsarten zu heiß und eine solche Beschichtung
ließe
sich nicht realisieren. Dies ist auch der Grund, warum die innere
Scheibe nicht beschichtet werden kann: sie hat in etwa die gleiche
Temperatur wie der Feuerraum (ca. 500 bis 750°C). Dieser Temperatur widerstehen
die bekannten Beschichtungen nicht dauerhaft (falls die Temperatur
der inneren Scheibe auch zu hoch für ein normales Glas ist, so kann
die innere Scheibe auch als Glaskeramik oder als Quarzglas ausgeführt werden).
Eine Beschichtung der äußeren Scheibe
ist wenig zielführend,
da dadurch die Temperatur der äußeren Scheibe
wieder zunimmt und die Funktion der mittleren Scheibe zunichte gemacht
wird.
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Die
Luftkühlung
mit der Verbrennungsluft ist besonders vorteilhaft, da die von der
Verbrennungsluft aufgenommene Wärme
wieder direkt der Verbrennung zugeführt wird. Diese Wärme gelangt
somit nicht in den Aufstellungsraum. Dies wäre z. B. der Fall, wenn als
Kühlluft
Raumluft verwendet wird, die dem Wohnraum entnommen wird und die
dann erwärmt
wieder dem Raum zugeführt
wird. Weiterhin erhöht
vorgewärmte
Verbrennungsluft die Ausbrandgüte
der Verbrennung, da die Verbrennungsreaktionen bei höheren Temperaturen,
die sich durch die vorgewärmte
Verbrennungsluft einstellen, schneller ablaufen. Diese verbesserte
Verbrennung trägt
damit auch zu einer Reduzierung der Schadstoffe in den Rauchgasen
bei.
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Besonders
sinnvoll ist eine Luftführung
in den beiden Scheibenzwischenräumen
einer Dreischeibenverglasung im Kreuzgegenstrom: hierbei tritt die
kalte Verbrennungsluft in den dem Wohnraum zugewandten Scheibenzwischenraum
ein, wird am Ende umgelenkt und strömt im der Brennkammer zugewandten
Scheibenzwischenraum zurück
und verlässt
dann die Sichtöffnung.
Durch diese Strömungsführung wird
die durchtretende Strahlungswärme
besonders effektiv von dem Luftstrom aufgenommen und wieder in die
Feuerung zurückgeführt. Eine
parallele Durchströmung
beider Scheibenzwischenräume
oder eine Umkehrung der Strömungsrichtung
(Kreuzgleichstrom) ist weniger effektiv. Wenn die Feuerung mit einem
Verbrennungsluftstrom betrieben werden soll, der in einen Primär- und Sekundärluftstrom
aufgeteilt wird, so kann diese Aufteilung sinnvoll so erfolgen,
dass der Sekundärluftstrom
auf halbem Weg beim Übertritt
vom ersten Scheibenzwischenraum in den zweiten Scheibenzwischenraum
abgezweigt wird. Eine Aufteilung schon vor dem Eintritt in den ersten
Scheibenzwischenraum sollte vermieden werden, da dadurch die Kühlwirkung
nachlässt.
Besonders wirkungsvoll ist es, wenn der kalte Luftstrom unten in
den äußeren Scheibenzwischenraum
eintritt, oben beim Übergang
in den zweiten Scheibenzwischenraum umgelenkt wird und unten aus
dem zweiten Scheibenzwischenraum wieder austritt.
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Im
Folgenden wird das Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der 1 näher erläutert. Es zeigt:
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1 die
schematische Seitenansicht einer Sichtöffnung mit drei Scheiben, zwischen
denen die Verbrennungsluft vorgewärmt wird.
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1 zeigt
eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Sichtöffnung
ist ohne den Ofen und Wohnraum dargestellt, wobei sich der Feuerraum 1 links
der Sichtöffnung und
der Wohnraum 2 rechts der Sichtöffnung befindet. Die dem Feuerraum 1 zugewandte
Glasscheibe 3 sowie die mittlere Glasscheibe 4,
auf der eine wärmereflektierende
Beschichtung 23 mit einem hohen Reflexionsgrad angebracht
ist, werden durch einen inneren Rahmen 5 gehalten, wobei
die exakte Fixierung in den vertikalen Seiten des Rahmens 5 erfolgt und
in der Seitenansicht nicht zu erkennen ist. Die dem Wohnraum zugewandte
Glasscheibe 6 wird durch einen äußeren Rahmen 7 gehalten.
Beide Rahmen 5 und 7 werden durch Schrauben 8 miteinander
verbunden. Die Schrauben 8 bewirken gleichzeitig, dass
die umlaufenden Dichtungen 9 (zwischen dem inneren und äußeren Rahmen 5 und 7)
sowie 10 (zwischen dem äußeren Rahmen 7 und
der äußeren Scheibe 6)
verpresst werden. Die Dichtung 9 gewährleistet zusätzlich die
gasdichte Verbindung zur Wand 11. Der Übergang zwischen der inneren
Scheibe 3 und dem inneren Rahmen 5 wird durch
die umlaufende Dichtung 12 erzielt. Die mittlere Scheibe 4 liegt
mit der unteren Kante auf der Dichtung 13, die seitliche Dichtung
und Führung
ist in dieser Ansicht nicht sichtbar.
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Nachfolgend
wird die Wirkungsweise der Vorrichtung mit den Erfindungsmerkmalen
beschrieben: Die Sichtöffnung
trennt den heißen
Verbrennungsraum eines Ofens, insbesondere eines Ofens für den Brennstoff
Holzpellets, von der Umgebung, wobei der Ofen mit Sichtöffnung typischerweise
in Wohnräumen
oder ähnlich
genutzten Räumen
steht. Die Sichtöffnung,
bestehend hauptsächlich
aus den Rahmenteilen 5 und 7 sowie den Gläsern 3, 4 und 6 braucht
normalerweise nicht geöffnet
zu werden, da an der heißen
inneren Glasscheibe 3 Verbrennungsrückstände, wie z. B. Ruß, der sich
während
der Startphase dort absetzen kann, restlos verbrennen. Deswegen
ist die Sichtöffnung
fest verschraubt und nicht zum Öffnen
vorgesehen. Die Verbrennungsluft 14 tritt von unten in
die Sichtöffnung
ein und strömt durch
die Bohrungen 17 in der Dichtung 9 in den Scheibenzwischenraum 19 zwischen
der mittleren Scheibe 4 und der äußeren Scheibe 6. Dort
strömt sie
nach oben und wird im Spalt 18 oberhalb der mittleren Scheibe
umgelenkt. Der Hauptteil der Verbrennungsluft strömt im Scheibenzwischenraum 20 zwischen
der inneren Scheibe 3 und der mittleren Scheibe 4 wieder
nach unten und verlässt
die Sichtöffnung im
unteren Bereich 21 des inneren Rahmens. Dieser Luftstrom 15 wird
nun der Verbrennungszone als Primärluft zugeführt. Ein Teil des Luftstroms,
der im Spalt 18 in den Scheibenzwischenraum 20 strömt wird
durch die Bohrungen 22 im oberen Bereich des inneren Rahmens 5 geführt und
gelangt als Sekundärluftstrom
in den Bereich der Nachverbrennungszone.
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Aufgrund
der hohen Temperatur in der Brennkammer 1 werden sich die
Scheiben 3, 4 und 6 erwärmen. Die
in den Scheibenzwischenräumen 19 und 20 strömende Verbrennungsluft,
die kalt als Luftstrom 14 eintritt, wird sich an den Scheiben
erwärmen
und vorgewärmt
in den Brennraum als Primärluftstrom 15 und
Sekundärluftstrom 16 eintreten. Falls
keine Aufteilung in Primär-
und Sekundärluftstrom
gefordert ist, entfallen die Bohrungen 16 und der gesamte
Luftstrom tritt als Luftstrom 15 in die Brennkammer ein.
Die in 1 möglich
erscheinende Vermischung der Luftströme 14 und 15 wird
durch die Konstruktion des Ofens in diesem Bereich erfolgreich verhindert:
diese konstruktiven Merkmale sind hier nicht dargestellt. Durch
die Kühlung
der Scheibe mit Hilfe des Verbrennungsluftstroms kann die Temperatur
insbesondere der mittleren Scheibe 4 und der äußeren Scheibe 6 entscheidend
verringert werden. Dies trägt
wesentlich dazu bei, dass die Wärmeverluste
von der Brennkammer an den Aufstellungsraum durch dieses Merkmal
deutlich gesenkt werden.
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- 1
- Brennkammer,
Feuerraum
- 2
- Wohnbereich,
Aufstellungsraum
- 3
- innere
Glasscheibe, dem Brennraum zugewandt
- 4
- mittlere
Glasscheibe
- 5
- innerer
Rahmen
- 6
- äußere Glasscheibe,
dem Wohnraum zugewandt
- 7
- äußerer Rahmen
- 8
- Schrauben
zum Verbinden der beiden Rahmen
- 9
- umlaufende
Dichtung zwischen den beiden Rahmen
- 10
- umlaufende
Dichtung der äußeren Glasscheibe
- 11
- Gehäusewand
- 12
- umlaufende
Dichtung der inneren Glasscheibe
- 13
- Dichtung,
auf der die mittlere Glasscheibe aufliegt
- 14
- eintretender,
kalter Verbrennungsluftstrom
- 15
- austretender,
heißer
Primärluftstrom
- 16
- austretender,
heißer
Sekundärluftstrom
- 17
- Bohrung
in 9, Luftdurchtrittsöffnungen
- 18
- Spalt
oberhalb der mittleren Scheibe
- 19
- Spalt
zwischen der mittleren und äußeren Scheibe
- 20
- Spalt
zwischen der inneren und mittleren Scheibe
- 21
- Spalt
im inneren Rahmen, Austritt der Primärluft
- 22
- Bohrung
im inneren Rahmen oben, Austritt der Sekundärluft
- 23
- wärmereflektierende
Schicht