-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Verbrennungssystem gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.
Ein solches Verbrennungssystem ist z. B. in Form von Heizgeräten allgemein bekannt.
An ihnen treten häufig
thermoakustische Schwingungen bzw. selbsterregte Verbrennungsschwingungen
auf, die es zu vermeiden gilt, was somit Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist. Die Erfindung kann dabei für alle verschiedenen Verbrennungssysteme
oder Heizgerätetypen – also hersteller-
und bauartunabhängig – eingesetzt
werden.
-
Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß in den
Merkmalen der nebengeordneten unabhängigen Patentansprüche.
-
Der durch die Erfindung erzielbare
Effekt liegt in einem signifikant leisen Arbeiten der entsprechend konzipierten
Verbrennungssysteme, Heizgeräte
oder Feuerungseinrichtungen, wie z. B. Prozeßgaserhitzer, Umluftheizer,
Raumheizer, Brauchwasserdurchlauferhitzer, Umlaufwasserheizer mit
und ohne Brauchwassererwärmung,
direkt beheizte Speicher und sogar Kessel mit und ohne Saugzug-
oder Druckgebläse
sowie chemische Prozeßgaserhitzer
und Antriebssysteme, so dass diese Geräte ohne unzumutbare Schallbelastungen für den Aufstellungsort,
z. B. Arbeits-, Wohn- oder Kellerräume oder sonstige Standorte,
in Betrieb genommen werden können.
-
Hierzu wird die Erfindung an die
Wandung des Heizgeräts
oder des Verbrennungssystems montiert oder gesteckt. Am besten wirkt
die Erfindung bei rohrartigen Systemen.
-
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung
gehen aus den Merkmalen der abhängigen
Vorrichtungspatentansprüche
hervor.
-
Vier Ausführungsbeispiele und vier konstruktive
Ausführungen
der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen die 1 bis 9:
-
1 ein
Verbrennungssystem in Prinzipdarstellung im Schnitt,
-
2 eine
Variante hierzu,
-
3 eine
weitere Variante zum Verbrennungssystem nach 1,
-
4 eine
erste konstruktive Ausführung,
-
5 eine
weitere konstruktive Ausführung,
-
6 eine
dritte konstruktive Ausführung,
-
7 einen
Druckverlauf,
-
8 eine
dritte bauliche Variante und
-
9 eine
letzte Variante zum Verbrennungssystem nach 1.
-
In allen neun Figuren bedeuten gleiche
Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.
-
Ein erfindungsgemäßes Verbrennungssystem 10 weist
eine Oxidans- oder Luftversorgungsleitung 1 auf, durch
die z. B. aus der Umgebungsatmosphäre 9 über ein
Gebläse 3 das
Oxidans oder die Luft angesaugt wird. Der angesaugten Luft wird über eine
Brennstoffzufuhreinrichtung 2 flüssiger, gasförmiger,
staubförmiger oder
sonstiger Brennstoff zugemischt. Anschließend wird das Gemisch über das
Gebläse 3,
eine stromab des Gebläses
verlaufende Gemischbildungsstrecke oder Gemischleitung oder Leitung 4 und
einen Brenner 5, welcher als Flammhalter oder/und Mischeinrichtung
dient, einem Brennraum 6 zugeführt und dort verbrannt. Die Verbrennungsprodukte
bzw. Abgase verlassen den Brennraum 6 über eine durch ein Rohr 11 gebildete
Abgasstrecke 7 in Richtung der Umgebungsatmosphäre 9.
Zur Auskoppelung der in der Verbrennungszone im Brennraum 6 entstehenden
thermischen Leistung können
im Brennraum 6 und/oder in der Abgasstrecke 7 ein oder
mehrere hier nicht näher
dargestellte Wärmetauscher
eingebaut sein oder die Wände 12 des
Brennraums 6 oder die Wand 28 der Abgasstrecke 7 dienen
als Wärmetauscherfläche, wobei
im letzteren Fall die Wärme der
Umgebungsatmosphäre 9 zugeführt wird.
Liegt zwischen dem Brennraum 6 und der Abgasstrecke 7 ein Wärmetauscher
als eigenständige
Einheit oder ein anderes Element, so ist die Abgasstrecke 7 mittelbar
mit dem Brennraum 6 verbunden.
-
Alternativ zu dem bisher beschriebenen
Verbrennungssystem 10 kann der wie auch immer geartete Brennstoff
im Gebläse 3,
in der Gemischbildungsstrecke oder Gemischleitung oder Leitung 4,
oder im oder stromab des Brenners 5 dem Oxidans oder der
Luft beigemischt werden. Ebenfalls möglich ist ein Einbau des Gebläses 3 stromab
des Brennraums 6 in der Abgasstrecke 7, gemäß 9, wodurch ein Saugsystem
entsteht. Ebenfalls möglich
ist der Betrieb des Verbrennungssystems 10 ohne Gebläse 3 als
atmosphärisches
Gerät.
Ebenfalls nicht zwingend notwendig ist die getrennte Zuführung von
Oxidans oder Luft und Brennstoff, vielmehr können diese Stoffe, wie in chemischen
Anlagen, bereits vorgemischt zugeführt werden. Bei diesen Systemen
entfallen damit die Gemischbildung und oft auch die Gebläse. Wenn
Oxidans und Brennstoff stromauf des Brennraums 6 bereits
gemischt werden, die zugehörigen
Leitungen also nicht einzeln an den Brennraum 6 unmittelbar
herangeführt
werden, ist dies ein mittelbarer Anschluss der Oxidans- und der
Brennstoffleitung. Diese Verbrennungssysteme bestehen damit nur
aus einer Zuführung
für Brennstoff
und Oxidans oder Luft, Brenner, Brennraum und Abgasstrecke.
-
Nach dem Ausführungsbeispiel in 1 wird an den Brennraum 6 eine
rohrartige Erweiterung als Sacklochanschluss 8 gesteckt
oder montiert. Dieser Sacklochanschluss 8 ist an einem
Ende 16 offen und sein Innenraum 14 direkt über eine
entsprechende, meist gleich große Öffnung in
der Brennraumwand 12 mit dem Innenraum 15 des
Brennraums 6 verbunden. Am anderen Ende 17 ist
der Sacklochanschluss 8 geschlossen, um ein Entweichen
der Verbrennungsprodukte aus dem Brennraum 6 über den
Sacklochanschluss 8 zu vermeiden. Der Querschnitt des Sacklochanschlusses 8 kann
beliebig ausgeführt
sein. Damit lassen sich z. B. einfache Kreis-, Vierkant- oder Ellipsenrohre
einsetzen.
-
Durch Anbringung dieses Sacklochanschlusses 8 können störende thermoakustische
Schwingungen im Verbrennungssystem 10 vermieden werden.
Besonders gut wirkt der Sacklochanschluss 8, wenn er in
einem Druckbauch der Schalldruckeigenmode des abströmenden Abgases
an der Brennraumwandung 12 montiert wird, wie dies in 7 dargestellt ist. Die Länge des
Sacklochanschlusses 8 sollte mindestens fünfmal größer als
die Wurzel aus seiner Querschnittsfläche sein. Außerdem lassen
sich über
die Länge
gezielt bestimmte Eigenfrequenzen des Verbrennungssystems dämpfen. Eine
Verbesserung der akustischen Wirkung hinsichtlich akustischer bzw.
frequenzabhängiger
Breitbandigkeit der rohrartigen Erweiterung 8 läßt sich
in der Regel dadurch erreichen, dass, wie in 5 gezeigt, im Innenraum 14 der
rohrartigen Erweiterung 8 ein schallschluckendes bzw. schallabsorbierendes
Material 13 eingebracht wird. Dieses Material 13 kann
die rohrartige Erweiterung 8 nur zum Teil oder ganz ausfüllen. Zum
Schutz gegen Verschmutzungen kann das Material 13 z. B.
mit einer Folie oder Membran 18 gegenüber dem Brennraum-Innenraum 15 abgedeckt
sein, vgl. Darstellung in 5.
Die Membran 18 muss jedoch so gestaltet sein, dass sie
nachgiebig gegenüber
den auftretenden Schalldrücken
ist. Sie besteht z. B. aus einer weichelastischen Kunststofffolie
wie z. B. Viton, einer weichelastischen Keramikfasermembran oder
einer weichelastisch gestalteten Metallfolie wie z. B. aus hochwarmfestem Edelstahl
mit Bewegungssicken. Die Membran 18 muss nicht notwendigerweise
auf dem schallabsorbierenden Material 13 aufliegen, sondern
kann auch in einer gewissen Entfernung 20 davon platziert
sein.
-
Eine weitere Verbesserung in Bezug
auf Dämpfungs-
und Breitbandigkeitswirkung der Erfindung wird dadurch erreicht,
dass die rohrartige Erweiterung 8, wie in 2 gezeigt, mehrfach am Brennraum 6 angebracht
ist. Dabei können
die rohrartigen Erweiterungen 8 gleiche oder unterschiedliche
Längen
aufweisen. Ebenfalls möglich
sind bei mehreren rohrartigen Erweiterungen 8 gleiche oder
unterschiedliche Querschnitte sowie unterschiedliche Querschnittsformen.
Die Erfindung hat auch Wirkung gezeigt, wenn die rohrartige Erweiterung 8 stromauf
von der Brennkammer 6, also am Brenner 5, der
Gemischbildungsstrecke oder Gemischleitung oder Leitung 4,
der Brennstoffzufuhreinrichtung 2 oder stromab vom Brennraum 6 an
der Abgasstrecke 7 angebaut wird, wie in 9 dargestellt. Wie in 3 und 9 gezeigt,
ist ebenfalls ein Anbau mehrerer rohrartiger Erweiterungen 8 an
verschiedenen Komponenten möglich,
also z. B. ein Sacklochanschluss 8 am Brenner 5,
ein weiterer oder alternativer Sacklochanschluss 8 am Brennraum 6 und
ein Sacklochanschluss 8 an der Abgasstrecke 7.
-
Unter Querschnitt der rohrartigen
Erweiterung bzw. des Sacklochanschlusses 8 ist der Rohrquerschnitt
senkrecht zur Mittelachse 19 der rohrartigen Erweiterung 8 zu
verstehen. Ebenfalls möglich
ist ein sich beliebig ändernder
Querschnitt der rohrartigen Erweiterung 8 entlang der Mittelachse 19,
z. B. in Form eines Kegel- oder Stufenrohrs. Unter der Länge des
Sacklochanschlusses bzw. der rohrartigen Erweiterung 8 ist
die Längenausdehnung
entlang der Mittelachse 19 der rohrartigen Erweiterung 8 zu
verstehen.
-
4 zeigt
einen dreidimensionalen Schnitt durch eine reale Ausführung einer
rohrartigen Erweiterung 8 mit Kreisquerschnitt und Einbau
in die Wand 12 des Brennraums 6 und 5 eine ähnliche Ausführung, teilweise
gefüllt
mit schallabsorbierendem Material 13 und einer davon im
Abstand 20 befindlichen Membran 18. Wie bereits
erläutert,
ist das Ausführungsbeispiel
nach 5 auch ohne Membran 18 möglich. Hierbei
entfällt
jedoch der Schutz gegen mögliche
Verschmutzungen. 6 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel,
bei dem die rohrartige Erweiterung 8 kein schallabsorbierendes
Material 13 sondern nur eine Membran 18 im Innenraum 14 aufweist.
-
7 stellt
die Verteilung von Schalldruckbäuchen 21 und
-knoten 22 der Abgasströmung
im Brennraum 6 dar. Der Anschluss des Sackrohres 8 hat
optimal dort zu erfolgen, wo sich ein Druckbauch 21 befindet, egal
ob am Brennraum 6 oder an Komponenten stromauf oder stromab
des Brennraums 6.
-
Da die Lage der auftretenden Schalldruckbäuche 21 und
-knoten 22 der Abgasströmung
schwierig vorhersehbar ist, sich unter Umständen betriebsabhängig ändert und
auch von anderen Begebenheiten abhängt, ist es zweckmässig, eine
Möglichkeit
zur Lageverschiebung der Anbringung der Sacklochanschlüsse bzw.
rohrartigen Erweiterungen 8 an den Komponenten vorzusehen,
an denen eine Anbringungsmöglichkeit sinnvoll
ist. Dies zeigt beispielhaft die 8,
die einen Querschnitt der Wand 12 des Brennraums 6 als
Ausschnitt darstellt, die aber ebenso einen Wandausschnitt der Abgasstrecke 7,
der Oxidans- oder
Luftversorgungsleitung 1 oder Brennstoffzuleitung 2 oder
des Brenners 5 darstellen könnte.
-
So ist in Längsrichtung der auftretenden
Schalldruckeigenmode des abströmenden
Abgases ein rechteckiges Langloch
23 eingearbeitet, das
von einem in Richtung des abströmenden
Abgases gemäß dem Pfeil
24 verschieblichen
Schieber
25 abgedichtet ist. Der Schieber
25 weist
seinerseits ein Loch
26 auf, an dem der Sacklochanschluss
bzw. die rohrartige Erweiterung
8 derart montiert ist,
dass ihr Innenraum
14 über
das Loch
26 und das Langloch
23 mit dem Inneraum
15 des
Brennraums
6 kommuniziert. Damit lässt sich die Position des Sacklochanschlusses
8 optimal
zur Lage des Druckbauches
21 ausrichten. Der Schieber
25 wird
mittels Laschen
27 an der Aussenseite der Wand
12 des
Brennraums
6 technisch abgasdicht als Schubführung gehalten.
Bezugsnummernliste
