-
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 starke Geräusche z.B. in Form von thermoakustischen Schwingungen - auch selbsterregte Verbrennungsschwingungen genannt - auf, die es zu vermeiden gilt. Eine Lösung dieser Aufgabe stellt die in
DE 10 2004 006 646 Al publizierte Maßnahme dar. Dabei wird an das Heizgerät an den geräuschentwickelnden Orten eine T-förmige Erweiterung angebracht, die zu einer Reduzierung der Geräusche führt. Die vorliegende Erfindung soll die Eigenschaften dieser T-förmigen Erweiterung deutlich verbessern und diese auch baulich deutlich verkleinern. Die Erfindung kann dabei für alle verschiedenen Verbrennungssysteme oder Heizgerätetypen - also hersteller- und bauartunabhängig - eingesetzt werden.
-
DE 102 02 702 A1 offenbart ein Heizgerät mit einem Gehäuse, das an einen Kamin und an eine Gas-Luft-Gemischbildungsstrecke angeschlossen ist, in die ein Gasanschluss sowie eine Luftzufuhrleitung münden, in welche zur Schalldämpfung eine rohrartige Verlängerung mit keilförmiger Erweiterung mündet.
-
DE 102 02 704 A1 offenbart ein Heizgerät mit einem Gehäuse, das an einen Kamin und an eine Gas- Luft-Gemischbildungsstrecke angeschlossen ist, in die ein Gasanschluss sowie eine Luftzufuhrleitung münden, von welcher zur Schalldämpfung ein sich in seinem Querschnitt verjüngend geformter Abschnitt abzweigt, dessen verjüngtes Ende von der Luftzufuhrleitung weggerichtet ist.
-
DE 23 21 649 A offenbart eine Vorrichtung zum Abscheiden von Schallenergie in Form von Wellen von einem bewegten Strömungsmittel. Es ist ein Kanal zur Führung des genannten Strömungsmittels und der genannten Schallenergie vorgesehen. Außerdem sind Mittel in Form einer Kammer neben dem genannten Kanal, die von diesem durch eine Wand getrennt ist, und mindestens ein Paar Koppelglieder in der genannten Wand vorgesehen, die entlang des Pfades der genannten Schallenergie um einen Abstand von ca. einem ungeraden Mehrfachen einer Viertelwellenlänge der Frequenz der abzuscheidenden Welle voneinander geteilt und in ihrer Größe so bemessen sind, dass sie einen vorgegebenen wesentlichen Teil der genannten Schallenergie vom genannten Kanal in die genannte Kammer koppeln, wobei die Koppelglieder weiterhin in Beziehung zueinander so bemessen sind, dass die gekoppelte Energie mit einem hohen Grad an Richtbarkeit gekoppelt wird.
-
Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß in den Merkmalen des Hauptanspruchs.
-
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.
-
Drei Ausführungsbeispiele und sechs 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 eine vierte konstruktive Ausführung,
- 8 eine fünfte konstruktive Ausführung und
- 9 eine sechste konstruktive Ausführung.
-
In allen Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.
-
Ein erfindungsgemäßes Verbrennungssystem 10 weist in einer Ausführungsform 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 25 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, aber 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. Sie sollen jedoch alle von dem erfindungsgemäßen Verbrennungssystem 10 und insbesondere der Sacklochvorrichtung 8 umfasst sein.
-
Nach dem Ausführungsbeispiel in 1 wird an den Brennraum 6 eine rohrartige Erweiterung als Sacklochvorrichtung 8 angebracht, d. h. beispielsweise gesteckt oder montiert. Die Sacklochvorrichtung 8 ist an einem Ende 16 offen und ihr 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 die Sacklochvorrichtung 8 geschlossen, um ein Entweichen der Verbrennungsprodukte aus dem Brennraum 6 über den Anschluss der Sacklochvorrichtung 8 zu vermeiden. Der Querschnitt der Sacklochvorrichtung 8 kann beliebig ausgeführt sein. Damit lassen sich z. B. einfache Kreis-, Vierkant- oder Ellipsenrohre realisieren. In der Sacklochvorrichtung 8 befindet sich ein schallabsorbierendes bzw. schallschluckendes Element 13. Darunter ist selbstverständlich jedes Element oder auch Material zu verstehen, dass Schall absorbiert oder dämpft, z.B. Akustikschaum. Das schallabsorbierende Element 13 ist dabei so gestaltet, dass dessen Querschnitt bzw. Materialstärke sich in Richtung Sacklochende 17 näherungsweise kontinuierlich erweitert. Ein ideales Ausführungsbeispiel repräsentiert einen im Querschnitt Kegel oder eine Pyramide. Möglich sind auch im Querschnitt Kegel- oder Pyramidenstümpfe. Weitere Ausführungsbeispiele können eine exponentielle oder stufenförmige Zunahme des Querschnitts zeigen. Im nachfolgenden wird diese Zunahme des Querschnitts des schallabsorbierenden Elements 13 als keilförmig bezeichnet und darunter sind alle Geometrien wie Kegel, Pyramide, Kegel- und Pyramidenstümpfe etc. zusammengefasst.
-
Die Spitze der Keilform ragt dabei in Richtung der Öffnung 16 der Sacklochvorrichtung 8 und der Fuß der Keilform in Richtung des geschlossenen Endes 17 der Sacklochvorrichtung 8. In der Sacklochvorrichtung 8 können sich ein oder mehrere keilförmige schallabsorbierende Elemente 13 befinden.
-
Durch Anbringung dieser Anordnung 18, bestehend aus Sacklochvorrichtung 8 und mindestens einem keilförmigen schallabsorbierenden Element 13 in dessen Innenraum 14, können störende Geräusche z.B. von thermoakustischen Schwingungen im Verbrennungssystem 10 in hervorragender Weise reduziert werden. Die positive Wirkung dieser Anordnung 18 kommt dabei wie folgt zustande. Der im Verbrennungssystem 10 zu dämpfende Schall wird über die Öffnung 16 in den Innenraum 14 der Sacklochvorrichtung 8 eingeleitet. Im Innenraum 14 trifft der Schall auf die Spitze des keilförmigen und schallabsorbierenden Elements 13 und wird nun von diesem Element 13 ohne jegliche störende Schallreflexion im Material absorbiert. Insbesondere kommt es deshalb erfindungsgemäß zu keiner Schallreflexion, da jegliche Unstetigkeit im Querschnitt, z.B. ein Rücksprung oder Querschnittseinengung fehlt.
-
Dies gelingt nur, wenn die Keilform nahezu kontinuierlich zunimmt und größere Sprünge im schallabsorbierenden Element 13 vermieden werden. Außerdem sollte die Spitze des Elements 13 nicht zu stumpf ausgeführt werden, da dadurch ebenfalls Reflexionen ausgelöst werden könnten. Der dabei ungewünscht reflektierte Schall würde in Richtung Verbrennungssystem 10 zurückgeworfen werden und trägt damit nicht zur Minderung des Schalls im Verbrennungssystem 10 bei.
-
Durch die reflexionsfreie Einleitung des Schalls in ein keilförmiges schallabsorbierende Element 13 bekommt man eine extrem gute und breitfrequente Dämpfungswirkung der Anordnung 18. Insbesondere für hochfrequente Schwingungen ist die Anordnung 18 günstig, da diese eine im Vergleich zur Keillänge 22 kleine Wellenlänge aufweisen und damit besonders gut ohne störende Reflexionen absorbiert werden. Will man auch niederfrequenten Schall, der eine größere Wellenlänge aufweist dämpfen, dann muss man die Keillänge 22 nur entsprechend verlängern. In diesem Fall sollte die Keillänge 22 in etwa ein Viertel der Wellenlänge des Schalls betragen.
-
Ferner sollte der Querschnitt bzw. die Materialstärke des keilförmigen schallabsorbierenden Elements 13, also von der Spitze der Keilform in Richtung Fuß der Keilform, nicht zu schnell anwachsen. Dies könnte ebenfalls zu einer störenden Reflexion von Schall führen. Deshalb sollte die Längsabmessung 22 der Keilform mindestens genauso groß oder länger sein, wie die Breite 23 des Keils.
-
Um eine bessere Strömungsführung im Verbrennungssystem am Anbringungsort der Sacklochvorrichtung 8 zu erreichen, kann das offene Ende 16 der Sacklochvorrichtung 8 mit einem schalldurchlässigen Material z.B. mit einem Lochblech abgedeckt sein. Diese Maßnahme ist für die Wirkung der Anordnung 18 nicht hinderlich.
-
Eine weitere Verbesserung in Bezug auf Dämpfungs- und Breitbandigkeitswirkung der Erfindung wird dadurch erreicht, dass die Anordnung 18, wie in 2 gezeigt, mehrfach am Brennraum 6 angebracht ist. Dabei können die Sacklochvorrichtungen 8 gleiche oder unterschiedliche Längen und Querschnitte sowie gleiche und unterschiedliche Geometrien und Querschnittsformen aufweisen. Ebenfalls möglich sind im Inneren 14 unterschiedliche Formen, Längen und Querschnitte der keilförmigen schallabsorbierenden Elemente 13. Die Erfindung hat auch Wirkung gezeigt, wenn die Anordnung 18 stromauf von der Brennkammer 6, also am Brenner 5, der Gemischbildungsstrecke oder Gemischleitung oder Leitung 4, der Oxidans- oder Luftversorgungsleitung 1, der Brennstoffzufuhreinrichtung 2 oder stromab vom Brennraum 6 an der Abgasstrecke 7 angebaut wird. Ebenfalls möglich ist die Anbringung an eine gemeinsame Zufuhrleitung von Oxidans oder Luft und Brennstoff. Wie in 3 gezeigt, ist ebenfalls ein Anbau mehrerer Sacklochvorrichtung 8 an verschiedenen Komponenten möglich, also z. B. eine Anordnung 18 an der Gemischbildungsstrecke 4, eine weitere oder alternative Anordnung 18 am Brennraum 6 und eine Anordnung 18 an der Abgasstrecke 7.
-
Unter Querschnitt der Sacklochvorrichtung 8 ist der Querschnitt senkrecht zur Mittelachse 19 der Sacklochvorrichtung 8 zu verstehen. Ebenfalls möglich ist ein sich beliebig ändernder Querschnitt der Sacklochvorrichtung 8 entlang der Mittelachse 19, z. B. in Form eines Kegel- oder Stufenrohrs. 5 zeigt eine derartige Ausführung. Unter der Länge der Sacklochvorrichtung 8 ist die Längenausdehnung entlang der Mittelachse 19 der Sacklochvorrichtung 8 zu verstehen.
-
Auch muss die Länge der Sacklochvorrichtung 8 nicht notwendigerweise länger als die größte Abmessung 21 des Querschnitts der Sacklochvorrichtung 8 betragen, sprich die Sacklochvorrichtung 8 kann auch wie ein Raum sein, der den Raum ihres Anbringungsortes vergrößert.
-
4 zeigt einen dreidimensionalen Schnitt durch eine reale Ausführung einer Sacklochvorrichtung 8 mit Rechteckquerschnitt und Einbau in die Wand 12 des Brennraums 6 gefüllt mit zwei keilförmigen schallabsorbierenden Elementen 13. 5 zeigt eine ähnliche Ausführung mit variablem Querschnitt der Sacklochvorrichtung 8, gefüllt mit zwei keilförmigen schallabsorbierenden Elementen 13.
-
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, mit einem keilförmigen schallabsorbierenden Element 13 im Inneren der Sacklochvorrichtung 8. Die Sacklochvorrichtung 8 ist dabei über eine Krümmung 26 am Brennraum 6 angebracht und das keilförmige schallabsorbierende Element 13 entfernt von der Öffnung 16 der Sacklochvorrichtung 8 angebracht. Dies kann aus konstruktiven Gründen oder zum thermischen Schutz des schallabsorbierenden Elements 13 erforderlich sein. Für die Wirkung der Anordnung 18 ist dies nicht hinderlich.
-
In 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel zu sehen, bei dem zum Schutz des keilförmigen schallabsorbierenden Elements 13 oder zur besseren Führung der Strömung 24 im Inneren des Verbrennungssystems 10 die Sacklochvorrichtung 8 mit einem schalldurchlässigen Material 20 am offenen Ende 16 abgedeckt ist. Das schalldurchlässige Material 20 kann z.B. aus einer beliebig gelochten oder sonst wie perforierten Platte oder Blech, einem Sieb, Gewebe oder ähnlichem schalldurchlässigen Material bestehen.
-
Die 8 und 9 zeigen Ausführungsbeispiele mit runder Geometrie. Wichtig ist dabei, dass das keilförmige schallabsorbierende Element 13 näherungsweise kontinuierlich im Querschnitt von der Spitze am offenen Ende 16 der Sacklochvorrichtung 8 zum geschlossenen Ende 17 im Querschnitt zunimmt. Die Spitze kann auch, wie in 9 dargestellt als Stumpf beginnen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Oxidans- oder Luftversorgungsleitung
- 2
- Brennstoffzufuhreinrichtung
- 3
- Gebläse
- 4
- Gemischbildungsstrecke oder Gemischleitung oder Leitung
- 5
- Brenner
- 6
- Brennraum
- 7
- Abgasstrecke
- 8
- Sacklochvorrichtung
- 9
- Umgebungsatmosphäre
- 10
- Verbrennungssystem
- 11
- Rohr
- 12
- Wände des Brennraums
- 13
- keilförmiges schallabsorbierendes Element
- 14
- Innenraum der Sacklochvorrichtung
- 15
- Innenraum des Brennraums
- 16
- Offenes Ende der Sacklochvorrichtung
- 17
- Geschlossenes Ende der Sacklochvorrichtung
- 18
- Anordnung
- 19
- Mittelachse der Sacklochvorrichtung
- 20
- schalldurchlässiges Material
- 21
- Querabmessung
- 22
- Länge des keilförmigen schallabsorbierenden Elements
- 23
- Breite des keilförmigen schallabsorbierenden Elements
- 24
- Strömung im Verbrennungssystem entlang der Sacklochvorrichtung
- 25
- Wand der Abgasstrecke
- 26
- Krümmung der Sacklochvorrichtung
