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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein brennstoffbeheiztes Heizgerät gemäss den Oberbegriffen der nebengeordneten Patentansprüche.
Solche brennstoffbeheizten Heizgeräte sind in einer Vielzahl, insbesondere als Umlaufwasserheizer, bekanntgeworden. Sie dienen dazu, das Wasser einer Heizungsanlage für eine Raumheizung zu erwärmen und teilweise zusätzlich dazu oder alternativ hierzu warmes Gebrauchswasser zu erzeugen. Die brennstoffbeheizten Heizgeräte weisen einen entweder unten- oder als Sturzbrenner ausgebildeten, dann obenliegenden, Brenner auf, der in einer Brennkammer ein Gas-Luft-Gemisch verbrennt, das anschliessend durch einen Wärmetauscher geleitet wird und durch eine Abgasleitung In die Atmosphäre gelangt.
Die Gebläsebrenner sind entweder so gestaltet, dass das Gebläse zuluftseitig angeordnet ist und entweder nur Luft fördert, der dann das zu verbrennende Gas beigemischt wird, oder das Gebläse ist in der Abgasleitung angeordnet und saugt das Gas-Luft-Gemisch durch den Brenner und den Wärmetauscher hindurch
Im Zuge der Weiterentwicklung solcher Geräte versuchte man, die Leistungsdichten der Brenner zu erhöhen, das heisst, die Leistungsausbeute in kW pro Flächen- oder Volumeneinheit des Brenners permanent zu erhöhen.
Es hat sich hierbei gezeigt, dass dann Geräusche, wie z. B. Knattern, Brummen oder Pfeifen auftreten können und den Afsteller und Betreiber eines solchen Heizgerätes erheblich stören, wenn ein solches Gerät, was öfter vorkommt, in einem Wohnraum plaziert wird
Aus M. Heckl und H. A. Müller "Taschenbuch der technischen Akustik", Berlin 1975, Seite 383, ist ein Helmholtz-Resonator bekannt, bel dem die Schwingmasse durch die Luft in einer Querschnittsverengung (Bohrung oder Schlitz In einer Abdeckplatte) und die Feder durch ein dahinter liegendendes Luftvolumen gestellt werden. Hiermit ist es möglich. in einem schwingenden System eine ganz bestimmte Frequenz zu dämpfen. Angewendet auf breitbandige Geräusche versagt diese Methode
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dung mit Helmholtz-Resonatoren gibt.
Hierbei tritt allerdings die Schwierigkeit auf, dass nur ein einziges Brennersystem mit einem Helmholtz-Resonator gedämpft werden kann. Es ist also unmöglich, mit einem einzigen Helmholtz-Resonator eine Vielzahl von Gas-Luft-Injektoren zu dämpfen, man muss dann jedem einzelnen Injektor einen gesonderten Helmholtz-Resonator zuordnen und diesen auf die spezielle Frequenz abstimmen. Ein solches Ausführungsbeispiel ist bekanntgeworden aus der DE S 2 263 471 C.
Im übrigen ist aus der US 5 435 716 A ein brennstoffbeheiztes Heizgerät bekanntgeworden, in dessen Wandung wenigstens 2 Löcher vorgesehen sind, die je über eine Kegel- oder Schlauchmembran abgedeckt sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, allgemein wirksame Massnahmen zu treffen, die solche Geräusche bei Brennern erst gar nicht entstehen lassen, so dass der Betrieb der Heizgeräte auch in Wohnräumen möglich wird.
Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einem brennstoffbeheizten Heizgerät der eingangs näher bezeichneten Art erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale der nebengeordneten Patentansprüche.
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es möglich, die störenden Geräusche beim Verbrennungsvorgang zu vermeiden. Dies ist unabhängig davon möglich, wo das Gebläse angeordnet ist und ob es als Druck- oder Sauggebläse arbeitet. Die allgemein wirksame Massnahme ist weiterhin unabhängig davon, ob es sich bei dem Heizgerät um ein nicht die latente Wärme der Abgase ausnutzendes Heizgerät oder auch um ein Kondensationsgerät handelt.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung keinen Helmholtz-Resonator zum Inhalt hat und auch von ihm nicht abgeleitet werden kann, weil der von der Membran umschlossene Raum sich in seinem Volumen ändert, während er beim Helmholtz-Resonator volumenkonstant Ist
In den nachfolgend abgehandelten Fig. der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher behandelt.
Es bedeuten :
Fig. 1 eine erste Variante der Erfindung,
Fig. 2 eine abgeänderte Variante der Erfindung,
Fig. 3 eine erste Möglichkeit der Ausführung der Membranen,
Fig. 4 und 5 eine Variante dieser Ausführung,
Fig. 6 eine weitere Variante dieser Ausführung,
Fig. 7 eine vierte Variante der Ausführung und
Fig. 8 eine weitere Möglichkeit zur Ausbildung der Membran,
Fig. 9 eine Variante,
Fig. 10 eine weitere Variante,
Fig. 11 eine dritte Variante,
Fig. 12 noch eine weitere Variante und
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die Fig. 13 und 14 Schnitte durch die Membranen.
In allen vierzehn Fig. bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.
Ein brennstoffbeheiztes Heizgerät 1 weist ein Aussengehäuse 2 auf, das technisch dicht ist mit Ausnahme einer Öffnung 3, in der eine Frischluftleitung 5 und eine Abgasleitung 4 durchtritt. Zwischen belden Leitungen verbleibt ein Spalt 6, durch den Frischluft in den Innenraum 7 des Gehäuses 2 gelangt. Aus dem Innenraum 7 des Gehäuses 2 wird Luft über eine Öffnung 8 in einen Luftkanal 9 angesaugt. An einer Seite des Luftkanals ist eine Gasarmatur 10 angeordnet, der Gas über eine Gasleitung 11 zugeführt ist. In der Gasarmatur befindet sich unter anderem ein Gasventil, das von einer nicht dargestellten Steuerung geöffnet, geschlossen und in beliebige Zwischenstellungen modulierend eingestellt werden kann.
Die somit festgelegte Gasmenge pro Zeiteinheit gelangt durch eine Öffnung 12 in den Innenraum des Luftkanals 9, der somit stromab der Öffnung 12 als Gas-Luft-Gemisch-Kanal 13 aufzufassen ist.
Das der Öffnung 8 abgewandte Ende des Gemischkanals gelangt in einen Innenraum 14 einer Brenneroberhaube 15, in der die Gemischbildung zwischen Gas und Luft vervollkommnet wird. Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass als Gas allgemein brennbare Gase, insbesondere Flüssiggas, Erdgas wie auch Stadtgas als auch eine vergaste Flüssigkeit dienen kann (Ölbrenner).
Die Brenneroberhaube 15 ist auf der dem Luftrohr 9 abgewandten Seite durch eine Brennerplatte 16 abgeschlossen, die eine Vielzahl von Gas-Luft-Gemisch-Durchtrittsöffnungen aufweist. Diese Brennerplatte kann als Metallplatte ausgebildet sein und mit einer Vielzahl von Bohrungen versehen sein, sie kann weiterhin als Keramikplatte gestaltet sein und auch in dieser Ausgestaltung Bohrungen oder Löcher aufweisen, sie kann als Vlies ausgebildet sein oder als Gewebe aus Draht-und/oder Keramikfaser. An der Unterseite dieser Brennerplatte 16 verbrennt das Gas-Luft-Gemisch im Innenraum 17 einer Brennkammer 18, die eine Aussenwandung 19 aufweist. Unterhalb der Brennkammer schliesst sich ein Wärmetauscher 20 an, der von einer Aussenwandung 21 umgeben ist.
Generell ist zu sagen, dass die Aussengestalt der Brenneroberhaube 15 und der Aussenwandung 19 und 21 von Brennkammer und Wärmetauscher zylindrisch, keglig oder pohgon sein kann. In Frage kommen im wesentlichen eine zylindrische oder eine Vierkantausbildung mit abgerundeten Kanten.
Der Wärmetauscher 20 besteht aus einer Mehrzahl in einer oder mehreren Etagen aufgebauter mit Lamellen 22 versehenen Wasserrohre 23, die über aussen angeordnete Sammelkammer 24 miteinander parallel und/oder in Serie verbunden sind. Dieser Wärmetauscher ist an eine Vor- und Rücklaufleitung 25 beziehungsweise 26 angeschlossen, wobei in einer der beiden Leitungen eine Heizungsumwälzpumpe 27 angeordnet ist.
Unterhalb der Rohre 23 des Wärmetauschers 20 befindet sich ein Abgassammler 28, der mit einer Abgasleitung 29 verbunden ist. In dieser befindet sich ein von einem Motor 30 angetriebenes Abgasgebläse 31. Der Druckstutzen 32 des Abgasgebläses ist mit der Abgasleitung 4 verbunden. Das Wort Gebläse steht für jede Bauform, die Luft unter Druck zuführt, oder Abgase unter Unterdruck absaugt.
Um die im Bereich, insbesondere der Brennplatte 16 oder des gesamten Heizgerätes auftretenden Schwingungen im Entstehen zu verhindern, ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, die Wandung des Druckstutzens 32 des Abgasgebläses mit einer nachgiebig gestalteten Stelle 33 zu versehen. Dies kann dadurch geschehen, dass ein Loch in den Druckstutzen 32 eingearbeitet wird, das mit einer Membran verschlossen ist. Dies kann auch dadurch geschehen, dass ein Teil oder der gesamte Ansaug- oder Abgasstutzen zum Beispiel durch einen Wellschlauch gebildet ist.
Die Variante der Erfindung gemäss Fig. 2 besteht darin, dass das Gebläse 31 nunmehr im Zuluftweg angeordnet ist, so dass also das Gemisch aus vergastem Brennstoff und Luft unter Druck - und nicht unter Unterdruck gegenüber der Atmosphäre wie im Rahmen der Fig. 1 - dem Innenraum 14 der Brennerhaube 15 zugeführt wird. Ferner handelt es sich beim Gegenstand der Fig. 2 in Abwandlung von dem der Fig. 1 um ein Kondensationsheizgerät. Hier ist es mOQich, die nachgiebige Wandung sowohl im Bereich der Oberhaube 15 wie auch im Bereich der Wandung 40 des Abgassammiers 28 vorzusehen. Die Nachgiebigkeit wird im Rahmen dieses Ausführungsbeisptett dadurch gestaltet, dass entweder die gesamte Wandung der genannten Teile oder Teile der Wandungen durch ein nachgiebiges Material gebildet sind.
Hier ist es auch wieder möglich, in die Wandungen Ausnehmungen beliebiger Grösse und Formgebung oder Löcher einzuarbeiten, die zum Beispiel von Membranen abgedeckt werden. Diese Membranen sind mit dem Bezugszeichen 42 bezeichnet und beispielhaft an den erwähnten Teilen angeordnet. Es besteht die Möglichkeit, an den eingezeichneten Stellen jeweils eine Membran vorzusehen, es können auch an unterschiedlichen Stellen je eine Membran oder an einer oder mehreren Stellen mehrere Membranen vorgesehen sein. Die Grösse der Membran hängt bei einem Geräusch von dessen Lautstärke oder, wenn sich eine Schwingung mit einer klar definierten Frequenz ausbilden würde, von der Frequenz und der Höhe der Schalldrücke der sonst auftretenden Schwingung ab.
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Im Rahmen der Fig. 3 bis 8 sind nun Ausbildungsmöglichkeiten für die nachgiebige Wandgestaltung im einzelnen dargestellt. So bezeichnet 43 generell ein Wandteil entweder des Gemischkanals, der Oberhaube, der Brennkammer, der Warmetauscherwand, der Abgassammlerwand oder der Abgasleitungswand mit einer Innenseite 44, die entweder dem Gemisch- oder Abgaskanal zugewandt ist und mit einer Aussenwand 45, die mit dem Innenraum 7 korrespondiert.
In diese Wand Ist eine Ausnehmung 46 eingebracht, die von einem Rohrstück 47 durchsetzt ist. An dem Rohrstück ist an seinem einen der Wand 44 zugewandten Ende ein Kragen 48 angeordnet, der das Rohrstück 47 gegen Herausziehen in den Innenraum 7 hindert. Der Wandseite 45 ist ein weiterer Kragen 49 zugeordnet, der ein zu tiefes Hineinstecken des Rohres verhindert. Das Rohrstück 47 ist mit einem Kammergehäuse 50 verbunden, dessen Innenraum 51 von der Membran 42 unterteilt ist, so dass sich zwei Kammern 51 und 53 bilden. Die Kammer 53 steht über den Innenraum des Rohres 47 mit dem von der Wandseite 44 umschlossenen Innenraum des Gemischrohres, der Oberhaube, der Brennkammer, des Wärmetauschergehäuses, des Abgassammlers oder der Abgasleitung pneumatisch in Verbindung.
Hierbei ist unter Abgasleitung die gesamte Rohrleitung bis zum Schomsteinende zu verstehen, das heisst, generell gesagt, bis zu dem Punkt, in dem die Abgase in die freie ungehinderte Atmosphäre austreten. Wird das Abgas über ein Blechrohr durch eine Mauerwand geleitet. so ist das Ende der Abgasleitung das Ende dieser Rohrleitung. Wird das Abgas hingegen über ein Blechrohr in einen Kamin geleitet, so ist der Kamin Teil der Abgasleitung, weil erst an seinem Ende der Übertritt in die Atmosphäre ungehindert stattfindet. Analog ist die Luftzufuhrleitung von der Eintrittsöffnung in Sie, aus der ungehinderten Atmosphäre beginnend, zu sehen.
Gleichgültig, ob diese Zuluftleitung über einen Luftabgaskamin stattfindet und vom Kamin zum Heizgerät eine gesonderte Rohrleitung vorgesehen ist oder ob die Zuluftleitung Im Aufstellraum des Gerätes beginnt oder durch eine gesonderte Rohrleitung die Luft durch die Wand geführt wird, massgebend als Beginn der Zufuhrleitung ist der Eintritt in den ersten rohrgeführten Querschnitt. Die Membran ist an der Periphene der Kammer gasdicht eingespannt. Die Membran 42 besteht aus Gummi oder einem Kunststoff beziehungsweise Elastomer. Welches Material gewählt wird, hängt entscheidend davon ab, wie hoch die Wärmebelastung an der Stelle ist, an der sich das Loch 46 befindet. Die Anforderungen an die Wärmebe- ständigkeit sind um so höher, je mehr dieses Loch 46 sich im Bereich des Brenners befindet.
Wird das Rohrstück 47 lang genug gewählt, so kann auch bei Anordnung der Bohrung unmittelbar am Brenner die Wärmebelastung geringgehalten werden. Die Kammer 53, die auf der Seite der Membran 42 nachgiebig elastisch ausgebildet ist, verhindert die auf der Seite 44 der Wand 43 sonst entstehenden, vom Brenner verursachten, Schwingungen. Die Membran sollte hierbei die Eigenschaft "biegeschlaff" aufweisen. Diese Eigenschaft wird dadurch definiert, dass in der Membran keine Zugspannungen auftreten, die zu ihrer Verfestigung beitragen.
Bezüglich der Materialauswahl hat sich herausgestellt, dass Membranen mit einer Shorehärte zwischen 40 und 70 besonders geeignet sind.
Eine weitere Variante geht aus den beiden Fig. 4 und 5 hervor. Hierbei ist die Membran nicht als einseitige platte Fläche gestaltet, sondern als eine Art Beute mit zylindrischen Querschnitt. Die Membran 42 weist somit eine erste Zylinderfläche 54 und eine zweite Zylinderfläche 55 auf, die beide mit einer ringförmigen Schwächung 56 versehen sind, so dass eine Art Rollmembran entsteht Der Innenraum zwischen beiden Membranen entspricht der Kammer 53 und der Aussenraum der Kammer 51. Die
Peripherie beider Membranen ist durch einen Ringverschluss 57 abgedichtet. Beide Membranen sind von dem Kammergehäuse 50 umgeben, das längs seiner Peripherie 58 gasdicht mit der Aussenseite 45 der Wand 43 verbunden ist. In der Wand des Wandgehäuses 50 ist eine Atmungsbohrung 59 vorgesehen.
Wie die Flg. 6 zeigt, ist es möglich, dass die Membran Falten werten kann, wobei dies so weit gehen kann, dass die Falten auch bereichswelse aneinander liegen können. Es ist aber auch möglich, dass die
Membran dazu faltenfrei gestreckt, aber ungespannt angeordnet ist, wesentlich ist, dass sich der von der
Membran mindestens teilweise umschlossene Raum um ein gewisses Volumen ausdehnen und wieder kontraktieren kann, ohne dass es hierbei eine nennenswerte Rückstellkraft gibt. Eine grössere Spannung der
Membran muss auf jeden Fall vermieden werden, weil sonst die Breitbandigkeit der Geräuschunterdrückung nicht mehr gewährleistet und eine Nähe zum Helmholtz-Resonator zu erwarten ist. Die Elastizität der
Membran wird quasi durch die Shorehärte ausgedrückt.
Wesentlich ist, dass durch die Auslenkung der Membran aufgrund einer zufällig auftretenden Druckstö- rung, ausgelöst zum Beispiel durch den Brenner, ein Zusatzvolumen geschaffen wird, das aufgebaut und abgebaut wird, wobei dieses variierende Zusatzvolumen so zu wählen ist, dass diese Störung so weit abgebaut wird, dass sie akustisch nicht mehr in Erscheinung tritt. Dies kann durch eine geeignete Wahl der
Grösse der Nachgiebigkeit der Membran oder der Wandung geschehen wie auch durch eine entsprechend grosse Flächengestaltung der Membran oder der Fläche der Nachgiebigkeit. Es kann hierbei auch sinnvoll sein, die Innenraum kammer 51 auf der dem Rohr 47 abgewandten Seite mit einer Entlastungsbohrung 52
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oder 59 zu versehen.
Im Rahmen des Ausführungsbeispiels nach Fig. 6 ist die Membran 42 als Kegelmembran gestaltet.
Hierbei Ist es wesentlich, dass die Kegelform mit abgerundeter Spitze nur in dem Zustand in Erscheinung treten darf, bei dem der höchste Druck der Störung im Innenraum 53 herrscht. Da aber wie vorhin bereits einmal gesagt, die Membran biegeschlaff gestaltet ist, wird diese Kegelform nur annähernd auftreten Hierbei ist es gleichgültig, ob die Membran auch Wellungen im Bereich des Kegelmantels aufweist.
Nach dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 7 ist die Membran 42 als Kreismembran in Topfform gestaltet, wobei die Zylinderwand 60 mit Falten versehen ist. Hierdurch entsteht die Nachgiebigkeit beziehungsweise Biegeschlaffheit. Der Boden 61 der Membran ist eben ausgestaltet.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 8 sind in dem Kammergehäuse 50 zwei Membranen 42 und 62 eingespannt, wobei die Membran 62 dazu dient, den Innenraum 51 gedämpft mit der Atmosphäre zu verbinden. Hierzu weist die Membran 62 eine oder mehrere Ausnehmungen 63 auf, die mit einem Innenraum 64 innerhalb des Kammergehäuses in Verbindung stehen, das seinerseits über die Öffnung 59 druckmässig nahezu auf Atmosphäreniveau ruht beziehungsweise einen gewissen Unterdruck aufweist.
Durch alle der geschilderten Membranausbildungen Ist das angestrebte Ergebnis im Prinzip zu erreichen. Es hat sich herausgestellt, dass bei nachgiebiger Ausbildung der Wandung im Bereich von Brenneroberhaube, Brennkammer, Wärmetauscher, Abgassammler oder Abgasleitung die Flächen zur Erzielung des angestrebten Zwecks erheblich grösser sein müssen, als wenn man in eine dazu relativ kleine Bohrung 46 ein Kammergehäuse einsteckt, das dann seinerseits die Membran als nachgiebige Stelle trägt.
Aus der Fig. 9 ist eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung ersichtlich. Hierbei ist die bereits beschriebene Wand 43 mit der Ausnehmung 46 versehen, die von der Membran 42 auf der Aussenwand 45 abgedeckt ist. Um die Membran thermisch zu entlasten, ist eine Abschirmplatte 65 vorgesehen, die über Stege 66 an der Innenwand 44 über eine Befestigungsvorrichtung 67 gehalten ist. Somit ist es nicht möglich, von der eigentlichen Wärmequelle Strahlungswärme in nennenswertem Anteil auf die Membran zu übertragen.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 10 ist die Membran 42 aus dem Raum 28 herausgewölbt, nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 11 in den Raum 28 hineingewölbt angeordnet. Die Strahlungsplatte 65 kann, muss aber nicht hier vorhanden sein. Ob sie beim jeweiligen Ausführungsbeispiel vorhanden ist, hängt von der thermischen Beaufschlagung ab.
Die Fig. 12 zeigt eine weitere Variante der Erfindung, die darin besteht, dass in die Wand 43 nebeneinander benachbart zwei der Öffnungen 46 eingebracht werden, die belde von je einer Membran 42 abgedeckt sind. Die Schlauchmembranen sind bevorzugt identisch in ihrer Gestalt zu wählen, sie können an ihren Spitzen 68 miteinander verbunden sein. Ist die Verbindung voorhanden, pst die Membran praktisch durch einen Schlauch gebildet. Die möglichen Querschnitte des Schlauches werden in den Fig. 13 und 14 dargestellt. Es hat sich herausgestellt, dass mit einer Schlauchgestalt in Kreisquerschnittsform die besseren Ergebnisse zu erzielen sind.