DE3750611T2

DE3750611T2 - Konvektorheizung.

Info

Publication number: DE3750611T2
Application number: DE3750611T
Authority: DE
Inventors: Dean Mabin Warwick
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-11-28
Filing date: 1987-11-27
Publication date: 1995-05-04
Anticipated expiration: 2007-11-28
Also published as: WO1988004014A1; US5046481A; ATE112378T1; EP0333739A1; EP0333739B1; DE3750611D1; AU8327087A; AU599186B2; CA1336807C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufheizen einer Umgebung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Cheminees, Öfen, Boiler, Kochherde (für feste Brennstoffe, Öl oder Gas), deckenbefestigte Gasradiatorenheizungen usw. verlieren wertvolle Energie an die äußere Atmosphäre ohne all die erzeugte Wärme an die innere Atmosphäre eines Hauses oder Arbeitsplatzes abgegeben zu haben.
Wärme wird auf drei Arten abgegeben, nämlich Radiation, Konvektion und Leitung. Cheminees geben die Wärme hauptsächlich durch Radiation an den Raum ab. Ein offenes Feuer erzeugt keine Konvektionswärme - es kann nicht. Alle mitgeführte Wärme und die meiste geleitete Wärme wird durch Zug mitgenommen und nimmt diese über den Heiz- oder Rauchzug mit und gibt diese an die äußere Atmosphäre ab.
Alle Feuer, falls nicht mit Luft aus einem geschlossenen Rohrsystem von außen gespiesen, führen dazu, daß die Raumtemperatur einige Zeit nach Heizungsbeginn absinkt. Ein offener Herd an einer Außenwand weist bestenfalls eine Effizienz von 10% und an einer Innenwand bestenfalls eine Effizienz von 20% auf. Die Effizienz eines freistehenden geschlossenen Festbrennstoffofens beträgt höchstens 30%.
Feststoff-, Öl- oder Gasbrenner haben eine optimale Effizienz von 53%. Gasbeheizte Deckenheizungen haben eine höchste Effizienz von 30% und wandmontierte Konvektorradiatoren maximal eine Effizienz von 50%. Die meisten Heizkessel für feste Brennstoffe, Öl oder Gas weisen eine Effizienz zwischen 50% und 60% auf, wobei der effizienteste Niedrigsttemperaturheizkessel eine Effizienz in der Größenordnung von 74%, aufweist. Diese Zahlen berücksichtigen alle erzeugte Energie, welche ins Innere abgegeben wird inklusive jene, welche durch die Wandung und Struktur des Rauchzuges ins Innere gelangt. Die verbleibenden Prozente stellen jene Wärmeenergie dar, welche an die äußere Atmosphäre ohne Nutzen für das Heizungssystem abgegeben wird. Dies ist jene Wärme, die durch den Rauchzug in Form von Konvektionswärme, die vom System erzeugt wurde und teilweise jene Konvektionswärme, die in Leitungswärme umgewandelt und über die äußeren Wandungen und Strukturen des Rauchzuges nach außen gelangt. Es ist bekannt, Wärme aus dem Rauchzug mittels Wärmeaustauschern zu entziehen, um damit beispielsweise die Raumluft zu heizen.
Bei bekannten Systemen wird dabei die zu erwärmende Luft durch eine Reihe oder Lage von Rohren, die quer zum Rauchzugrohr verlaufend angeordnet sind, geführt. Bei bekannten Anlagen führt die Anordnung der zu heizenden Röhren zu einem höchst unerwünschten Rückstau in der Strömung der geheizten Gase. Die Erzeugung von Rückstaudruck beeinflußt die Wirkung bekannter Geräte und führt in der Praxis zu einer Senkung der Luftdurchflußgrößen und reduziert effektiv den Mengendurchsatz.
Insbesondere GB-A-606'773 von Spanner offenbart eine Vorrichtung mit konstanter Distanzierung der Rohre (Fig. 3). Spanner schlägt eine luftzubeheizende Strömungsvorrichtung vor, bei der Abschnitte des Luftströmungsrohres zu beiden Seiten einer Teilerplatte K heißen Gasen ausgesetzt sind, wobei die Gase auf einer Seite der Platte kühler als auf der anderen Seite sind, wobei jeder Rohrabschnitt unterschiedlichen Temperaturbereichen ausgesetzt ist. Der Anmelder nimmt an, daß diese Anordnung zu erheblichen Rückstaubedingungen führt zusammen mit höchst unerwünschten thermischen Umkehreffekten, insbesondere mit dem Effekt, daß die Vorrichtung von Spanner bereits abgekühlte Verbrennungsgase wieder aufheizt statt sie daran zu hindern, höhere Temperaturen abzukühlen.
Aus Fig. 5a erkennt man, daß Spanner den Luftstrom erst durch vier Lagen von Rohren in drei Lagen führt und damit einen erheblichen Rückstau bewirkt, der in der Praxis offensichtlich einen effizienten Wärmeaustausch annähernd vollständig verhindert. Ein Blick auf die Fig. 8A der vorgeschlagenen Vorrichtung beispielsweise, zeigt daß ein Druckausgleich der Luftströme durch das System unmöglich ist.
Wie aus der nachfolgenden Beschreibung entnommen werden kann, ist ein wesentlicher Aspekt der Erfindung, daß die Luftströme der zu heizenden Luft ausgeglichen sind, während die Brenngastemperatur durch eine zunehmende Einengung so geführt wird, daß die Brenngase komprimiert werden.
In der FR-A-808'092 ist eine Luftheizung offenbart, bei der die Distanz zwischen den Luftröhren variabel ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Wärmeaustausch- und Wärmeübertragungsvorrichtung zu schaffen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dies mittels einer Vorrichtung zum Aufheizen einer Umgebung erreicht, bestehend aus einem Kasten (17, 19), welcher eine Einlaßöffnung (F1) und eine Auslaßöffnung (F2) für Rauch- beziehungsweise Brenngase aufweist und welcher einen Strömungsweg für die Rauchgase definiert, einer Vielzahl von in diesem Kasten und in Sätzen (A-F) angeordneten Wärmetauschkanälen (6, 8), wobei die Sätze innerhalb des Kastens in beabstandeter Relation zueinander und in Strömungsrichtung der Rauchgase einer über dem anderen angeordnet sind, und wobei die Kanäle jedes Satzes im wesentlichen quer zu diesem Strömungsweg der Rauchgase angeordnet sind und wobei diese Kanäle (6,8) mindestens einen Teil von mindestens einem Wärmetauscher bilden, der eine Einlaßöffnung (1) und eine Auslaßöffnung (2) für die beim Durchströmen der Kanalsätze aufzuheizende Luft aufweist, und Mittel (22) zur Förderung der Luftströmung aufweist, die mit den Wärmetauschern wirkverbunden sind, um Luft von der Einlaßöffnung (1) zur Auslaßöffnung (2) zu treiben, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Kanälen (6, 8) vorgesehen ist, die mindestens drei erste Sätze von parallel verlaufenden Rohren (6, 10, 14) umfassen, welche in den Rauchgasströmungsweg hineinragen, wobei die Einlaßöffnungen dieser ersten Rohre mit den strömungsfördernden Mitteln (22) wirkverbunden sind und daß mindestens drei Sätze (8, 12, 16) von parallelen zweiten Rohren vorhanden sind, die direkt oder indirekt an die Auslaßöffnungen der ersten Rohre angeschlossen sind und aus dem Rauchgasströmungsweg herausragen; daß der Abstand zwischen den Kanalsätzen stromabwärts des erhitzten Rauchgases allmählich so verringert ist, daß der Durchlaß für die Rauchgase progressiv abnimmt; daß während der Abstand der Sätze verringert ist, das Durchlaßvolumen für die aufzuheizende Luft unverändert bleibt, und daß die Reduktion des Durchlasses für die Rauchgase dergestalt ist, daß für ein unverändertes Volumen des Rauchgasstromes dessen Druck progressiv erhöht wird, wenn dieser von der Einlaßöffnung (F1) zur Auslaßöffnung (F2) des Kastens strömt, wobei stromabwärts diese Druckerhöhung der Rauchgase den Temperaturabfall derselben verringert, wodurch die Rate des Wärmeaustausches zwischen den Rauchgasen und der Luft verbessert ist.
Weitere Vorteile werden erreicht durch eine Heizungsvorrichtung entsprechend den abhängigen Patentansprüchen.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, in welchen:
Fig. 1 eine Frontansicht einer Konvektorheizungsvorrichtung entsprechend der ersten Ausführung ist;
Fig. 2 und 3 zeigen eine Explosionszeichnung der Vorrichtung nach Fig. 1;
Fig. 4,5 und 6 sind perspektivische Darstellungen eines weiteren Ausführungsbeispiels.
Fig. 7, 8 und 9 zeigen schematische Wärmeströmungsbilder von existierenden Heizungs- oder Brennervorrichtungen und die Luftströmung in den Rohrsätzen der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Fig. 10 zeigt die schematische Aufsicht auf eine dritte Ausführung;
Fig. 11 stellt den Seitenriß von Fig. 10 dar;
Fig. 12 ist ein Teilschnitt durch Fig. 10 in kleinerem Maßstab;
Fig. 13 ist der Grundriß von Fig. 10;
Fig. 14 zeigt eine schematische Ansicht eines Teils der Vorrichtung gemäß den Fig. 10 bis 13;
Fig. 15 zeigt die stirnseitige Ansicht von Fig. 14;
Fig. 16 und 17 bilden weitere Darstellungen der Wärmeströmung entlang den Rohrreihen und der Luftströmung in denselben;
Fig. 18 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine vierte Ausführung der Erfindung gemäß den Fig. 16 und 17;
Fig. 19 ist ein vereinfachtes Schnittbild durch diese vierte Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 20 zeigt eine Aufsicht auf eine Chemineebrüstung zur Befestigung einer Vorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform.
Mit Bezug auf die Fig. 1 bis 6 bedeutet 1 die in das System hineinströmende Warmluft und 2 die ausströmende geheizte Luft. Fig. 1 zeigt ein offenes Feuer, in dem Kohle, Holz, Torf, Gas usw. verbrannt werden, in dem oben im offenen Bereich eine Einheit gemäß Fig. 3 mittels einem Gehäuse 19 und 20 nach Fig. 2, gleich einer Schublade in die Blende eines Schrankes geschoben ist.
Fig. 4 zeigt eine im Rauchgasrohr eines geschlossenen Feuers eingepaßte Einheit.
Fig. 5 zeigt eine im Rauchgasrohr eingepaßte Einheit einer mit festem Brennstoff, Öl oder Gas geheizten Kochherd-/Boilereinheit.
Fig. 6 zeigt die Befestigung einer Einheit im Rauchgasrohr im Bereich der Chemineebrüstung eines offenen Feuers.
Weitere Ausführungen des Systems können beispielsweise über einer Decke befestigte Strahlungsgasheizungen in einer Fabrik oder einem Lagerhaus sein. Die Einlaßöffnung 1 und die Auslaßöffnung 2 einer Einheit können an derselben Wand an gegenüberliegenden Seiten bezüglich der Wärmequelle, wie in Fig. 6 dargestellt, oder an zwei verschiedenen Seiten derselben Wand angeordnet sein, beispielsweise wenn die Ausstrahlung in einen benachbarten Raum, einen Gang oder einen anschließenden Schrank zur Erwärmung eines Wärmeschrankes erwünscht ist. Eine Einheit kann mit einer Frischluftzuleitung versehen sein, über die Frischluft von außen zur Einlaßöffnung 1 geführt ist und über Leitungen kann die erwärmte Luft von der Auslaßöffnung 2 auch weiter weg geführt sein. All diese Anwendungen des Systemes sind nur von den Erfordernissen des Anwenders abhängig.
Die Wirkungsweise des Systemes ist anhand der Fig. 7 und 8 gezeigt, worin Reihen von Röhren A,B,C,D,E,F gezeigt sind, durch die beispielsweise Raumluft hindurchgefördert wird. Die Führung der Luft durch die Vorrichtung erfolgt so, daß sie vom Raum durch die Einlaßöffnung 1 zu den oberen Reihen von Röhren 6 zu einer Plenumkammer 7 und zurück durch die unteren Reihen von Röhren 8 über die Auslaßöffnung 2 in denselben Raum zurückgelangt. 25 stellt eine trennende Membrane dar. Die Rauchgase von der Wärmequelle steigen durch den Bereich der Röhren F1 an und verlassen den Bereich der querenden Röhren bei F2. Während die Rauchgase durch die Reihen der Röhren strömen, heizen sie diese Röhren, welche wiederum ihre Wärme an die sie durchströmende Luft abgeben, wie dies die Fig. 9 zeigt.
Der Durchgang der Luft durch die Röhren verläuft gesamthaft gesehen in umgekehrter Folge zum Durchgang der Rauchgase zwischen den Röhren hindurch. Kühle Raumluft strömt in das System und trifft zuerst auf gekühlte Rauchgase, welche das System durch die oberen Reihen von Röhren verläßt. Die Raumluft wird kontinuierlich erwärmt, während sie durch das System strömt, während das Gegenteil auf die Rauchgase zutrifft. Die heißeren Rauchgase, die in das System einströmen, treffen in den unteren Reihen der Röhren auf die in denselben Röhren strömende Raumluft, welche hier das System verläßt.
Die Fig. 10 bis 13 zeigen eine schematische Darstellung einer Vorrichtung in verschiedenen Ansichten, welche im oberen Bereich eines offenen Feuers, (wie in Fig. 1 bis 3 dargestellt), mittels der Aufnahmeeinheit gemäß den Fig. 14 und 15 (wie in Fig. 2 dargestellt) gehalten sein kann. Luft gelangt über die Einlaßöffnungen 1, eventuell über einen Filter 3 in die Aufheizvorrichtung mittels einem oder mehreren Gebläsen 4 über einen Verteiler 5 in die Reihen von Röhren 6 (in Fig. 12 ist der Deutlichkeit halber lediglich ein Rohr dargestellt) in eine Verbindungsleitung 7 und von dort abwärts und zurück durch die Reihen von Röhren 8 um bei 2 wiederum in den Raum zurückzugelangen.
In einer typischen Anordnung der Reihen von Röhren A, B, C, D, E, F ist der horizontale Abstand zwischen benachbarten Röhren mit dem Durchmesser d gleichbleibend, während der Abstand zwischen den Röhren F und E geringer ist als zwischen E und D, und dieser Abstand wiederum geringer als zwischen D und C und dieser wiederum geringer als der Abstand zwischen C und B, und dieser schließlich wieder geringer als zwischen B und A ist. Dies ist gleichbedeutend damit, daß der Abstand X zwischen jeweils zwei benachbarten Reihen von Röhren, zwischen denen die Rauchgase von F1 nach F2 strömen, ständig abnimmt. Die Rauchgase gelangen in das System bei F2 und strömen durch den Freiraum X zwischen den Reihen B und A, während Wärme an die umströmten Röhren abgegeben wird. Die Rauchgase, die nun eine verminderte Temperatur aufweisen, strömen weiter zum Freiraum X zwischen den Rohrreihen C und B, der geringer ist als der Freiraum zwischen B und A und folglich die Rauchgase zusammenpreßt und den Rauchgasdruck an dieser Stelle erhöht. Der Rauchgasdruck im Freiraum X zwischen den Rohrreihen C und B ist somit über jenem im Freiraum X zwischen den Reihen B und A. Weil gemäß Gasgesetz P · V/T eine Konstante ist, führt die Steigerung des Gasdruckes zu einer Erhöhung der Rauchgastemperatur, welche durch den Freiraum X strömt, und durch die Steigerung der Rauchgastemperatur wird hier auch ein erhöhter Wärmeaustausch zwischen den Rauchgasen, die die Röhren umströmen und der Luft, die durch diese strömt, bewirkt. Weil das Volumen der Rauchgase unverändert bleibt, steigt die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Freiräume X. Diese Wirkung wiederholt sich in jedem Freiraum X von Mal zu Mal, bei jeder Lage von Röhren, bis die Rauchgase das System bei F2 verlassen mit einer verminderten Temperatur und zwar erheblich stärker vermindert, als wenn die Rauchgase lediglich durch ein System mit gleichbleibenden Freiräumen X geströmt wären. Die Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit ist so groß, daß das gesamthaft halsartig eingeschnürte System ein mögliches Zurückschlagen zur Wärmequelle vermeidet.
Die Dickenabmessung der Rohrwände 26 (Fig. 9) ist in den beiden unteren Rohrreihen A und B von gleicher Abmessung und von solcher Dicke, daß eine Zerstörung durch Hitzekontakt minimalisiert ist. Die Vorrichtung kann weiter verbessert werden bei der Verwendung von Röhren oberhalb der Rohrreihen A und B mit einer Rohrwandstärke, die geringer ist als jene der Röhren A und B und sogar in der Rohrwanddicke zur obersten Rohrreihe abnehmend ist. Dies würde die Wärmeaustauschrate zwischen der durch die Röhren strömenden und die Innenwände der Röhren abkühlenden Raumluft erhöhen. Dies würde insgesamt zu einem erhöhten Wärmegewinn in der Raumluft und einer maximalen Wärmeabnahme in den Rauchgasen, und damit zu einer optimalen Effizienz des Systems führen. Eine Einheit kann von mindestens zwei aufwärts jede Anzahl von Rohren umfassen, abhängig von den Bedingungen einer speziellen Anwendung.
Die Fig. 16 und 17 zeigen weitere Ausführungsformen des früher beschriebenen Systems, wobei die Rauchgase bei F1 eintreten und bei F2 austreten durch eine größere Anzahl von Röhren als in Fig. 7 dargestellt. Die Raumluft tritt bei 1 ein, fließt durch die Röhren 6 in die Verbindungsleitung 7 abwärts und durch Röhren 8 und wiederum abwärts durch eine weitere Verbindungsleitung 9 und durch Röhren 10 schließlich abwärts durch eine Verbindungsleitung 11 und durch Röhren 12 schließlich bei 2 in den Raum zurück. Fig. 18 zeigt eine schematische Ansicht der Fig. 16 und 17 mit Rauchgasen, die bei F1 eintreten und bei F2 austreten, während die Raumluft bei 1 in das System und bei 2 aus dem System gelangt. In Fig. 20 ist mit 19 ein Gehäuse gezeigt zur Installation der Vorrichtung in einer Chemineebrüstung gemäß Fig. 6, welches mit einen Flansch 20 zur Verbindung der Einheit mittels einer gasdichten Dichtungseinheit versehen ist. Hierbei kann eine standardisierte Wanddurchführung 21 verwendet werden. Wie vorher beschrieben, läßt sich die Einheit weiter anpassen, um beispielsweise einen Wärmeschrank oder einen benachbarten Raum zu heizen.
Fig. 19 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine mögliche Vorrichtung für einen Boiler oder Kochherd oder einen freistehenden Ofen, wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt, welche weitere Reihen von Röhren wie zuvor beschrieben aufweist. Die Vorrichtung ist hier durch Röhren 12, eine Abwärtsverbindungsleitung 13, weitere Röhren 14 und eine weitere Abwärtsverbindungsleitung 15 und schließlich Röhren 16 erweitert, um bei 2 wieder in den Raum zurückzuführen. Das Aufnahmegehäuse ist hier ein einseitig offener Quader 17 mit einem Randflansch 20 zur gasdichten Verbindung zu je einem Strömungsanschluß 18 an beiden seitlichen Enden des Quaders zur Verbindung mit den Rauchgasrohren von der Heizquelle.
Eine weitere Anpassung kann, wie in Fig. 1 dargestellt, erfolgen, wo Ventilatorengehäuse 22 vorgesehen sind, an deren Boden Beine anschließen, die als vertikale Verbindungsleitungen 5 frontseitig verlaufen und damit das Cheminee im Bereich der Umrandung 23 vergrößern und dabei ebenfalls den Rost gegenüber dem Original nach vorne vergrößern. Die Einheit ist aus dem Gehäuse herausnehmbar, um so Zugang zu bieten für die Reinigung der Strömungswege und ebenso läßt sich die Einheit selber so beispielsweise in einem Bad reinigen, in dem sich eine Lösung befindet, die feste, auf der Einheit haftende Partikel lösen kann. Für ein entsprechendes Aussehen und einen problemlosen Unterhalt kann die Einheit aus einem Material wie beispielsweise rostfreiem Stahl gefertigt sein und eventuell verzinkte oder elektrolytisch beschichtete Stahlröhren aufweisen. Dank der Herausnehmbarkeit der Einheit kann diese zum Unterhalt neu beschichtet werden, falls dies erforderlich ist.
Zentralheizungen weisen generell Radiatoren auf, welche mit heißem Wasser durch Röhren von einem Heizkessel gespiesen werden. Hierbei sollte allerdings eher von Konvektoren als von Radiatoren gesprochen werden, weil Radiation nur auftreten kann, wenn die Temperaturdifferenz ungefähr 200ºCausmacht. Die Strömung der Raumluft führt zu einer Konvektion, durch die Wärme zu den Möbeln usw. geführt wird und damit die gesamte Raumtemperatur anhebt.
Mit der an ein gewöhnliches offenes Feuer angepaßten Vorrichtung ist die Wirkung einer Zentralheizung ohne die Kosten und den Raum für die Installation eines Brennerkessels, Röhren und Radiatoren erreichbar. Luft, welche bei einer Temperatur von weit über 100ºC mit einem Ventilator durch die Vorrichtung gefördert wird, der beispielsweise 100 Kubikfuß pro Minute fördert (47 · 10&supmin;³ [m3/s]) wird durch die Raumlüftung und/oder anderen Mitteln zu allen Teilen eines üblichen Hauses innert kürzester Zeit gelangen und dabei die Raumtemperatur erheblich anheben.
Beispiel: Von einem offenen Feuer wird mit einer Rate von 100 Kubikfuß pro Minute (47 · 10&supmin;³ [m3/s]) an einem 100ºC warmen Konvektor vorbei Luft in eine 1200 Quadratfuß (111,6 m2) große Wohnung mit einer Raumhöhe von 8 Fuß (2,4 m) geleitet. Dabei wird die durchschnittliche Raumtemperatur von 0ºCauf 25ºC in Kubikfuß
verlustfrei erwärmt.
Dies entspricht 0,4 h = 24 Min.
Dies ergibt Betriebskosten für einen Ventilator mit 100 CFM Leistung (47 · 10&supmin;³ [m3/s]) von 6.38 Pence pro 40 Stunden bei einer erwarteten Lebensdauer von 25'000 bis 30'000 Stunden Laufzeit.
Die hierin beschriebene Vorrichtung liefert gereinigte und geheizte partikelfreie Luft mit einer Temperatur von über 100ºC, wobei die in der Einheit intensiv geheizte Luft Bakterien und Viren zerstört, von denen die meisten in der Luft vorkommenden bei einer Temperatur von 121ºCzerstört werden, und wobei ferner das Innere eines Heims oder einer Werkstatt von einer rundum wirkenden Wärme eines offenen Herdes profitiert. Dies im Gegensatz zu einem Cheminee ohne diese Vorrichtung, wo man nur frontseitig erwärmt wird und rückseitig friert und wobei die umgewälzte Luft durch den Kondensationsverlust entfeuchtet wird.
Obwohl die erfindungsgemäße Heizvorrichtung in der Wirkungsweise so beschrieben ist, daß die Strömungen in Gegenrichtung wirken, wobei die bewegte Luft von einer kühleren Region mit größeren Distanzen zwischen den Heizstrompfaden zu einer heißeren Region der Heizstrompfade mit geringerer Distanz zur Heizquelle strömt, ist es auch denkbar, daß bei anderen Ausführungen die Vorrichtung so angeordnet sein kann, daß der bestehende Temperaturgradient über den Heizstrompfad genutzt wird.
Eine Versuchseinheit mit vier Rohrreihen von parallel distanzierten Röhren in einem Cheminee mit den Abmessungen 24 Inches (61 cm) Breite und 18 Inches (45,7 cm) Tiefe und bei der Verwendung eines Gebläses mit 100 CFM (47 · 10&supmin;³ [m3/s]) Leistung ergab folgende Resultate: Versuche Ausgang Effizienz
Die Vorrichtung erbrachte generell eine Effizienz um 80% mit geringen Abweichungen in den Versuchen, welche in den Abweichungen der Flammengrößen in Abhängigkeit des verwendeten Holzes, welches für diese Versuche verwendet wurde, zu sehen sind.
Weitere Versuche wurden durchgeführt, um die Ausgangswerte zu überprüfen. Beim Versuch 6 mit einer Vorrichtung im oberen Bereich eines offenen Feuers mit durchschnittlichem Feuer zeigte die Vorrichtung einen Ausgangswert von 538,000 BTU.
Während der Versuche wurde festgestellt, daß die Temperatur 40 Fuß (12,2 m) von der Vorrichtung entfernt und von dieser durch ein Feuerschild getrennt einen um 0,8ºChöheren Wert erreichte als an einer Stelle 4 Fuß (1,22 m) von der Vorrichtung entfernt. Es wurde festgestellt, daß während aller Versuche die Vorrichtung auf einer relativ tiefen Berührungstemperatur blieb, wobei beim Versuch 4 eine Temperatur von 32ºC oben auf der Vorrichtung gemessen wurde.

Claims

1. Vorrichtung zum Aufheizen einer Umgebung, bestehend aus einem Kasten (17, 19), welcher eine Einlaßöffnung (F1) und eine Auslaßöffnung (F2) für Rauchgase aufweist und welcher einen Strömungsweg für die Rauchgase definiert, einer Vielzahl von in diesem Kasten und in Sätzen (A-F) angeordneten Wärmetauschkanälen (6, 8), wobei die Sätze innerhalb des Kastens in beabstandeter Relation zueinander und in Strömungsrichtung der Rauchgase einer über dem anderen angeordnet sind, und wobei die Kanäle jedes Satzes im wesentlichen quer zu diesem Strömungsweg der Rauchgase angeordnet sind, und wobei diese Kanäle (6, 8) mindestens einen Teil von mindestens einem Wärmetauscher bilden, der eine Einlaßöffnung (1) und eine Auslaßöffnung (2) für die beim Durchströmen der Kanalsätze aufzuheizende Luft aufweist, und Mittel (22) zur Förderung der Luftströmung aufweist, die mit den Wärmetauschern wirkverbunden sind, um Luft von der Einlaßöffnung (1) zur Auslaßöffnung (2) zu treiben, dadurch gekennzeichnet, daß

eine Vielzahl von Kanälen (6,8) vorgesehen ist, die mindestens drei erste Sätze von parallel verlaufenden Rohren (6, 10, 14) umfassen, welche in den Rauchgasströmungsweg hineinragen, wobei die Einlaßöffnungen dieser ersten Rohre mit den strömungsfördernden Mitteln (22) wirkverbunden sind und daß mindestens drei Sätze (8, 12, 16) von parallelen zweiten Rohren vorhanden sind, die direkt oder indirekt an die Auslaßöffnungen der ersten Rohre angeschlossen sind und aus dem Rauchgasströmungsweg herausragen;

daß der Abstand zwischen den Kanalsätzen stromabwärts des erhitzten Rauchgases allmählich so verringert ist, daß der Durchlaß für die Rauchgase progressiv abnimmt,

daß, während der Abstand der Sätze verringert ist, das Durchlaßvolumen für die aufzuheizende Luft unverändert bleibt,

und daß die Reduktion des Durchlasses für die Rauchgase dergestalt ist, daß für ein unverändertes Volumen des Rauchgasstromes dessen Druck progressiv erhöht wird, wenn dieser von der Einlaßöffnung (F1) zur Auslaßöffnung (F2) des Kastens strömt, wobei stromabwärts diese Druckerhöhung der Rauchgase den Temperaturabfall derselben verringert, wodurch die Rate des Wärmeaustausches zwischen den Rauchgasen und der Luft verbessert ist.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle jedes Satzes (6, 10, 14; 8, 12, 16) so angeordnet sind, daß sie den Rauchgasstrom mindestens zweimal durchqueren.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle jedes Satzes (6, 10, 14; 8, 12, 16) eine sinusförmige Stromführung für die aufzuheizende Luft aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom in dem oder in jedem Kanal zweimal oder mehrmals seine Richtung ändert.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Kanäle eines Satzes als durchgehende Rohre ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Kanäle aus einer Folge von Rohren (6-10) besteht, welche mittels einer oder mehreren Plenumkammern (5, 7; 11, 13) miteinander verbunden sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des oder jedes Wärmetauschkanals (6, 10, 14; 8, 12, 16) in einem stromabwärts gelegenen Teil des Rauchgasströmungsweges geringer ist als die Wandstärke in einem stromaufwärts gelegenen Teil des Rauchgasströmungsweges.

8. Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung sich zur Aufnahme von Luft aus einer Raumumgebung eignet.

9. Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung sich dazu eignet, aufzuheizende Luft aus einer Raumumgebung aufzunehmen und aufgeheizte Luft an eine andere Umgebung abzugeben.