DE2257982A1

DE2257982A1 - Warmluftofen und geblaese zur verwendung im zusammenhang mit einem warmluftofen

Info

Publication number: DE2257982A1
Application number: DE2257982A
Authority: DE
Inventors: Dan B Mcvickar; Adolf Wolf
Original assignee: Lear Siegler Inc
Current assignee: Lear Siegler Inc
Priority date: 1971-11-26
Filing date: 1972-11-27
Publication date: 1973-05-30
Also published as: JPS4863570A; CA965323A; DE2264387A1; FR2163090A5; US3794014A; GB1367828A

Description

Warmluftofen und Gebläse zur Verwendung im Zusammenhang mit einem Warmluftofen

Die Erfindung betrifft einen Ofen und richtet sich insbesondere auf einen verbesserten Warmluftofen.'

Zwar befindet sich derzeit eine Vielzahl unterschiedlicher Warmluftöfen auf dem Markt, jedoch besteht ein fortdauerndes Bedürfnis nach neuen und verbesserten Warmluftöfen. Beispielsweise liegt bei der neuerdings ansteigenden Beliebtheit verfahrbarer Wohnungen, Baukasten-Wohnweise und Appartmenthauser ein beträchtliches Interesse darin, die Größe von Warmluftöfen unter Aufrecht erhaltung ihrer hohen Wärmekapazität zu vermindern.

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Die Verkleinerung gebräuchlicher Warmluftöfen bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung hoher Wärmekapazität führt jedoch zu verschiedenen Problemen. Beispielsweise liegt ein Problem in der H alfcarkeit, da nämlich mit dem Geringer-werden der Größe die Tendenz besteht, daß sich die hohe Wärmekapazität immer zerstörender auf die Bauteile des Warmluftofens auswirkt. Ein weiteres Problem liegt in der vielseitigen Verwendbarkeit. Bei einer in hoher Stückzahl durchgeführten Massenfertigung kleiner Warmluftöfen wird es immer wünschenswerter, die öfen austauschbar entweder mit Gas- oder ölbrennern zu betreiben und außerdem einen Austausch in der Luftströmungsrichtung vornehmen zu können. Dies bedeutet, daß es bei mobilen Wohnungen grundsätzlich erforderlich ist, den Luftstrom nach unten zu richten, wohingegen bei festen Wohnungen die Anforderung dahin geht, den Luftstrom grundsätzlich nach oben zu richten, und zwar deshalb, weil der Warmluftofen häufig im Untergeschoß angeordnet ist. Schlielich liegt ein weiteres Problem konventioneller, kleiner Warmluftöfen darin, daß ihre Kapazität zur Anpassung an den Durchgang konditionierter Kaltluft gering ist. Es besteht also ein Bedürfnis für einen verbesserten Warmluftofen geringer Größe, der eine hohe Wärmekapazität besitzt und vielseitig verwendbar sowie dauerhaft ist.

Nach der Erfindung wird ein verbesserter Warmluftofen geschaffen, der in geringer Größe bei hoher Wärmekapazität hergestellt werden kann, haltbar ist und sich vielseitig verwenden läßt, und zwar sowohl im Zusammenhang mit beiden Arten von Brennern, als auch im Hinblick auf die erforderliche Luftströmungsrichtung. Weiterhin besteht eine optimale Anpassungsmöglichkeit an den Durchgang von konditionierter Kaltluft.

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Der verbesserte Warmluftofen nach der Erfindung besitzt eine zylindrische Brennkammer mit geschlossenen Enden und einer Brennkammerwand, in deren unterem Ende eine Vielzahl von Öffnungen vorgesehen ist. Eine Kaminwand umgibt die Brennkammerwand und bildet zusammen mit dieser eine Kaminkammer, deren Boden ebeafalls ebenfalls geschlossen ist. Ein Kaminrohr ist auf dem oberen Ende der Kaminkammer befestigt und steht mit dieser in Verbindung. Weiterhin ist eine Mehrzahl von herausragenden, strahlenden vertikalen Rippen innerhalb der Kaminkammer vorgesehen. Eine Luftkammerwand umgibt die Kaminkammerwand und bildet zusammen mit dieser eine Luftkammer, in welcher eine Mehrzahl herausragender, strahlender vertikaler Rippen angeordnet ist. Ein Gebläse, vorzugsweise ein axiales Rotationsgebläse, steht mit einem Ende der Luftkammer in Verbindung. Außerdem ist eine Brennereinheit nahe der Luftkammea?- wand angeordnet, wobei die Brennerdüse mit der Brennkammer durch die Luftkammerwand, die Kaminwand und die Brennkammerwand in Verbindung steht. Vorzugswdse sind die Brennkammerwand, die Kaminwand und die Luftkammerwand ringförmig angeordnet, wobei es weiterhin von Vorteil ist, daß sich die Rippen vom oberen Ende der Kaminwand bis zu einer Stelle kurz oberhalb des Bodens der Kaminwand erstrecken. Die überwiegende Anzahl der öffnungen in der Brennkammerwand liegt dann unterhalb der Rippen der Kaminwand.

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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten AusfUhrungsbeispieles im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht eines Warmluftofens nach der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt durch den oberen Teil des Warmluftofens nach Fig. 1, und zwar entlang der Linie II-II;

Fig. > eine Seitenansicht des nach Fig. 1 verwendeten Wärmetauschers im Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1;

Fig. 4 einen seitlichen Querschnitt durch ein Axialgebläse, welches sich bevorzugt im Zusammenhang mit dem Warmluftofen nach der Erfindung verwenden läßt;

Fig. 5 einen Querschnitt^durch eine der Rotorschaufeln des Axialgebläses nach Fig. 4, und zwar entlang der Linien V-V in Fig. 4;

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine der Statorschaufeln des Axialgebläses nach Fig. 4, und zwar entlang der Linie VI-VI in Fig. 4;

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Fig, 7 einen Grundriiä des Rotors des Äxialge« biases naoh Fig. 4i

Fig. 8 einen Grundriß des Stators des Axialgebläses naah Fig. 4.

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Fig. 1 zeigt im Querschnitt eine Seitenansicht eines Heißluftofens nach der Erfindung, der auf einer Fundamentanordnung 2o angeordnet ist und einen Wärmetauscher Io aufweist. Der wärmetauscher Io besteht aus einer Brennkammer 11 und aus einer Kaminwand 13, die nach innen ragende Rippen 15 und nach außen ragende Rippen 18 trägt. Die Brennkammer 11 weist am unteren Ende ihrer Wand eine Mehrzahl von öffnungen 12 auf. Anzahl, Größe, Abstand und Muster der öffnungen 12 hängt von der insgesamt zu übertragenden Wärmemenge ab, da, wie es im weiteren noch erläutert wird, kleine Flammenstrahlen aus den öffnungen 12 heraus in eine Kaminkammer 14 hineinschlagen. Unter anderem tragen sie zur gesamten Wärmeübertragung des Wärmetauschers bei. Da der Druck innerhalb der Brennkammer 11, der von der Brennereinheit hervorgerufen wird, Einfluß nimmt auf das Herausschlagen der Flammen aus den öffnungen 12, sollte dieser Druck ebenfalls in Betracht gezogen werden, wenn Anzahl, Größe, Abstand und Muster der öffnungen bestimmt wird. Grundsätzlich ist es jedoch vorteilhaft, daß die öffnungen 12 von geringer Größe sind, beispielsweise einen Durchmesser von 3 bis 4 mm aufweisen, und im wesentlichen rund um den gesamten Umfang des unteren Endes der Wand der Brennkammer 11 angeordnet sind, um eine gleichmäßige Wärmeübertragung zu bewirken.

Die Brennkammer 11 ist an beiden Enden verschlossen. Die Kaminwand 13 umgibt die Wand der Brennkammer 11, um mit dieser zusammen die Kaminkammer 14 zu bilden. Die Mehrzahl der herausragenden, vertikalen Rippen ist innerhalb der Kaminkammer 14 angeordnet. Die Rippen erstrecken sich vorzugsweise vom oberen Ende der Kaminkammer aus bis zu einer Stelle kurz oberhalb des Bodens

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der Kaminkammer, so daß ein überwiegender Teil der öffnungen 12 unterhalb der Rippen I5 liegt. Dies wird im weiteren noch vollständig erläutert. Eine Luftkammerwand 16 umgibt die Kaminwand 15* um mit dieser eine Luftkammer 17 zu bilden. Die Vielzahl von herausragenden vertikalen Eippen 18 liegt innerhalb der Luftkammer 17. Die Rippen 18 erstrecken sich vorzugsweise über die gesamte Längö der Brennkammer»

Ein Kaminrohr ^o ist auf dem oberen Ende der Kaminkammer 14 angeordnet und steht mit letzterer in Verbindung, um die Kamingase austreten zu lassen. Oberhalb des Wärmetauschers Io sitzt ein gebräuchliches Rotationsgebläse 4o auf einem Gebläseboden Al. Das Rotationsgebläse steht mit der Luftkammer 17 in Verbindung»

Eine Brennereinheit 50 ist nahe der Luftkammer 17 in einer Tasche 5I befestigt, wobei sich die Brennerdüse durch die Tasche hindurch erstreckt und mit der Brennkammer 11 in Verbindung steht» Die Brennereinheit 5o kann als beliebiger, gebräuchlicjaer Brenner ausgebildet sein, beispielsweise als Gas- oder ölbrenner. Die einfache Befestigung der Brennereinheit an und durch die Tasche 5I hindurch bietet die Möglichkeit, unterschiedliche Brenner in austauschbarer Weise zu verwenden, ohne daß irgendwelche Abänderungen in der Konstruktion oder Betriebsweise des Warmluftofens erforderlich wäre.

Der gesamte Warmluftofen ist innerhalb eines Gehäuses üo angeordnet, welches Wände 61 und 62, die mit Luftschlitzen für Rückführungsluft versehen sind, in der Nähe des Rotationsgebläses 4o aufweist. Oben am Gehäuse

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oo ist eine Sammelrinne 6j5 für Verbrennungsluft vorgesehen, die mit einer Verbrennungsluft-Vorkammer 66 über ein Verbrennungsluftrohr 64 und einen unteren Luftkanal 63 in Verbindung steht. Die Sammelrinne 6;) wird verwendet, wenn Verbrennungsluft durch die Decke des Gehäuses zugeführt werden soll. Die Verbrennungsluft kann gleichermaßen durch den Boden des Gehäuses zugeführt werden, und zwar durch eine Luftrinne 6?> die direkt in den unteren Luftkanal 65 mündet.

Der Warmluftofen wird, wie erwähnt, von einer Fundamentanordnung 2o getragen.. Diese umfaßt weiterhin einen Üb erl ei tungskanal 21, der mit der Luftkammer I¹J in Verbindung steht. Der Überleitungskanal 21 ist seinerseits an einen Förderkanal 22 angeschlossen, der zur Verteilung der erwärmten Luft auf denjenigen Bereich dient, welcher über gebräuchliche Leitungen erwärmt werden soll.

Fig. 2, die einen von oben gesehenen Querschnitt durch den Warmluftofen nach Fig. 1 entlang der Linie II-II in Fig. 1 darstellt, zeigt genauer die Ausbildung der Kaminkammer 14 und der Luftkammer IJ. Bei dieser bevorzugten Ausführungsforrn nach Fig. 2 weisen die Wand der Brennkammer 11, die Kaminwand l'j> und die Luftkammerwand 16 eine ringförmige Gestalt auf. Die Rippen l'j der Kaminkammer und die Rippen 18 der Luftkammer sind jeweils über den gesamten Umfang der Kaminkammer 14 und der Luftkammer 17 angeordnet. Weiterhin zeigt Fig. 2 deutlich die Lage des Verbrennungsluft-Rohres 64 und die Befestigung der Brennereinheit ^ljo an und in der Tasche ^l, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die Düse samt Steuerung -job. in Verbindung mit der Brennkammer 11 steht.

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Aus Fig. 3j die eine Seitenansicht des Wärmetauschers des Warmluftofens nach Pig. 1, gesehen entlang der Linie IJI-III in Pig. 1, darstellt, geht die Lage des Kaminrohres 3o der Tasche 51 und der Rippen 18 der Luftkammer in eindeutiger Weise hervor.

Die Figuren 4 bis 8 zeigen ein Axialgebläse, welches bevorzugt im Zusammenhang mit dem gezeigten Warmluft-, ofen nach der Erfindung Verwendung findet. Fig. 4 stellt einen seitlichen Querschnitt durch das Axialgebläse dar. Das Gebläse umfaßt einen ringförmigen Stator Jo mit einer Mehrzahl von im wesentlichen vertikal gekrümraten, am Umfang angeordneten Schaufeln 71· Ein Motor 72 ist axial im Stator 7o befestigt. Auf dem Motor 72 ist drehbar- ein ringförmiger Rotor 75 mit einer Mehrzahl von im wesentlichen vertikal gekrümmten, auf dem Umfang liegenden Schaufeln 74 angeordnet. Schließlich ist eine Abdeckung J6 vorgesehen, die als kontinuierlich gekrümmtes, kreisförmiges oder ringröhrenförmiges Element ausgebildet ist. Sie sitzt in der Nähe des Rotors, um eine verlustfreie und gerichtete Luftströmung aufrecht zu erhalten, die von der Drehung des Rotors durch den Stator hindurch erzeugt wird, Fig. 5, die eine Querschnittsansicht einer der Schaufeln 74 des Rotors 73 entlang der Linie V-V in Fig. 4 darstellt, zeigt deutlich die Form der gekrümmten Schaufeln 74. In gleicher Weise zeigt Fig. 6, die eine Querschnittsansichf einer der Schaufeln 71 des Stators Jo entlang der Linie VI-VI in Fig. 4 darstellt, deutlich die Form der Schaufeln 71 des Stators.

Fig. 7 ist ein Grundriß des Rotors 73 des Axialgebläses nach Fig. 4 und zeigt eindeutig die Form der

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Schaufeln 74 des Rotors 7J>· Außerdem wird deren Verteilung rund um den Umfang des Rotors klargestellt. Fig. 6, die einen Grundriß des Stators 7o zeigt, erläutert dessen Konstruktion sowie die Anordnung der Schaufeln 71 rund um den Umfang des Stators. Weiterhin ergibt sich aus dieser Fig. die Lage der den zentralen Motor haltenden Motorbefestigung.

Es wurde gefunden, daß das Axialgebläse nach den Figuren 4 bis 8 in verlustfreier Weise und mit hoher Kapazität einen gerichteten Luftstrom erzeugt, und zwar bei geringer Größe des Gebläses. Es eignet sich daher in idealer Weise zur Verwendung im Zusammenhang mit Warmluftöfen, bei denen geringe Abmaße und hohe Wärmekapazität erwünscht sind, wie es bei dem Warmluftofen nach der Erfindung dar Fall ist.

Betriebsweise

Im folgenden wird die Betriebsweise der dargestellten Ausführungsform des Warmluftofens nach der Erfindung im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben. Sobald die Brennereinheit So von der Steuerung ^oa gezündet worden ist, werden die Flammen in die Brennkammer 11 hineingerichtet. Die Luft für eine vollständige Verbrennung wird der Brennkammer 11 durch den unteren Luftkanal 65 zugeführt, und zwar entweder über das Rohr 64 oder die Luftrinne 67. Die Öffnungen 12 im unteren Bereich der Wand der Brennkammer 11 dienen mehreren Zwecken. Zum ersten gestatten sie den Austritt der Kamingase aus der Brennkammer 11 in die Kaminkammer 14, von wo aus sie über das Kaminrohr 3o abziehen. Zum zweiten schießen Flammen aus den Öffnungen 12 heraus und sorgen

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durch Plammenerwarmung für eine sehr wirksame Wärmeübertragung auf die Kaminwand 13· Diese Flammenstrahlen halten außerdem die Öffnungen 12 frei von Ablagerungen unverbrannten Kohlenstoffes, um jegliche Störungen beim Austritt der Kamingase zu vermeiden. Weiterhin wird der gesamte unverbrannte Kohlenstoff auf dem Boden der Kaminkammer lA verbrannt. Aufgrund der Tatsache, daß seine Flammenstrahlen aus den öffnungen 12 heraus in den unteren Bereich der Kaminkammer 14 eintreten, ist es vorteilhaft, daß die Rippen 15 der Kaminkammer nicht bis in den unteren Bereich der Öffnungen 12 hineinragen. Es wird auf diese Weise ein Ausbrennen der Rippen 15 durch eine direkte Berührung mit den Flammenstrahlen vermieden.

Durch die in Fig. 1 gezeigte Konstruktion ergibt sich also eine sehr wirksame Wärmeübertragung von der Brennkammer 11 auf die Luftkammer IJ. Zum Ersten führt das Hineinzünden der Brennereinheit I5 in die Brennkammer

11 dazu, daß die gesamte Wand der Brennkammer, die vorzugsweise aus rostfreiem Stahl besteht, zum Glühen kommt und durch Strahlung Wärme auf die Kaminwand 1J5 überträgt. Zum Zweiten übertragen die aus den Öffnungen

12 austretenden Flammenstrahlen Wärme auf den unteren Abschnitt der Kaminwand I3 durch direkte Flammenerwärrnung. Zum Dritten strömt das von den Flammenstrahlen gelieferte Glas nach oben und überträgt in gleichförmiger Weise Wärme auf die Kaminwand 15, nämlich durch Konvektion und durch Wärmeleitung über die Rippen 15. Schließlich wird die zur Kaminwand 13 gelangende Wärme durch Leitung auf die Rippen l8 übertragen und von dort aus über Konvektion auf die Luft, die zwischen den Rippen 18 in der Luftkammer 17 strömt. Die erwärmte Luft gelangt dann in das Leitungssystem, und zwar durch den Überleitungskanal 21. Hierfür, sorgt das Rotations-/50 öl äse 4o, welches die Luft aus der Luftkamrner 17 in

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die Übertragungsleitung 21 fördert.

Die Konstruktion des Warmluftofens nach der Erfindung bringt mehrere Vorteile mit eich. Die beschriebene Konstruktion gestattet es, mit hohem Wirkungegrad eine große Wärmemenge zu übertragen. Der Ofen besitzt kleine Abmaße, beispielsweise etwa 0,9 bis 1_#2 m Höhe, 0,3 bis 0,6 m Breite und 0,^5 bis 0,6 m Tiefe. Dennooh besteht die Möglichkeit, Wärmeeingangszahlen von etwa 6o ooo bis 2oo ooo BTU pro Stunde zu erzielen. Zusätzlich dazu ist die Konstruktion äußerst dauerhaft, da keine starken Temperaturgradienten vorhanden sind» d.h., das Fehlen von Bereichen abrupter und extremer Temperaturänderungen führt zu geringen Belastungen und ermöglicht eine lange Lebensdauer der metallenen Bestandteile des Warmluftofens. Darüber hinaus sorgt die bevorzugte ringförmige Konstruktion von Brennkammer, Kaminkammer und Luftkammer für eine optimale Wärmeübertragung und vermeidet das unerwünschte Dröhnen von gebräuchlichen rechteckigen Konstruktionen. Weiterhin gestattet die Konstruktion einen Wechsel zwischen nach oben und nach unten gerichtetem Luftaustritt aus dem Ofen durch einfaches Austauschen in der Anordnung des Rotationsgebläses und der Leitungsführung» Schließlich bietet die strömungsgünstige und versperrungsfreie Luftkammer 17 die Möglichkeit, das Rotationsgebläse, die Luftkammer und das Leitungssystem als Luftführung für die konditionierte Kaltluft bei hoher Kapazität zu verwenden.

Die obige Beschreibung betrifft lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung. Es

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sind durchaus verschiedene Abwandlungen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Zusammenfassend schafft die Erfindung einen Warmluftofen mit einer zylindrischen Brennkammer, die im unteren Teil ihrer Wand eine Mehrzahl von öffnungen aufweist. Aus diesen öffnungen treten Flammenstrahlen radial nach außen in eine Kaminkammer mit einer Mehrzahl von vertikalen Strahlungsrippen. Eine Luftkammerwand mit einer Mehrzahl innen angeordneter, vertikaler Strahlungsrippen umgibt die Kaminkammer. Dabei steht eine neue Gebläseanordnung mit einem Ende der Luftkammer in Verbindung.

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Claims

Lear Siegler Inc. 7. Februar 1973

eingegangen am,.....Z...L23.

Neue Patentansprüche ι

M J Warmluftofen, gekennzeichnet durch eine Brennkammer (11) mit geschlossenen Enden und einer Brennkammerwand, in deren unterem Ende eine Mehrzahl von öffnungen (12) angeordnet ist; durch eine die Brennkammerwand umgebende und mit dieser eine Kaminkammer (14) bildende Kaminwand (13), wobei der Boden der Kaminkammer abgeschlossen istj durch ein Kaminrohr (30) am oberen Ende der Kaminkammer (14), welches mit letzterer in Verbindung steht; durch eine Mehrzahl herausragender, strahlender vertikaler Rippen (15) innerhalb der Kaminkammer (14); durch eine Luftkammerwand (16), die die Kaminwand (13) umgibt und mit dieser eine Luftkammer (17) bildet; durch eine Mehrzahl herausragender, strahlender vertikaler Rippen (18) innerhalb der Luftkammer (17); durch ein Gebläse, das mit einem Ende der Luftkammer (17) in Verbindung steht; und durch eine Brennereinheit (50) nahe der Luftkammerwand (16), deren Brennerdüse mit der Brennkammer (11) durch die Luftkammerwand (16), die Kaminwand (13) und die Brennkammerwand in Verbindung steht.
2. Warmluftofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rippen (15) innerhalb der Kaminkammer (14) vom oberen Ende der Kaminkammer bis zu einer Stelle kurz über dem Boden der Kaminkammer erstrecken, wobei eine überwiegende Zahl der öffnungen (12) der Brennkammerwand unterhalb dieser Stelle liegt.

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3. Warmluftofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand der Brennkammer (11)» die Kaminwand (13) und die Luftkammerwand (16) ringförmig ausgebildet sind.
4. Warmluftofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse an einem finde der Luftkammer (17) angeordnet ist.
5. Warmluftofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse oben auf der Luftkammer (17) angeordnet ist.
6. Warmluftofen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse am oberen Ende der Luftkammer (17) angeordnet ist.
7. Warmluftofen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche öffnungen (12) von geringer Größe sind und im wesentlichen über dem gesamten Umfang des unteren Endes der Wand der Brennkammer (11) liegen, so daß Flammenstrahlen aus der Brennkammer (11) in die Kaminkammer (14) durch die Öffnungen hindurchschlagen können, um in gleichmäßiger Weise die Wärmeübertragung zwischen der Brennkammer (11) und der Kaminkammer (14) zu erhöhen.

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