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Wärmeaustauscher für HeiEwasserboiler Die Erfindung bezieht sich auf
einen Wärmeaustauscher für einen Heißwasserboiler, insbesondere auf einen verbesserten
Aufbau eines Wärmeaustauschers für einen Heißwasserboiler, bei dem das Verbrennungsgeräusch
verringert ist.
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Allgemein entsteht, wenn Gas oder flüssiger Brennstoff durch hochdruckzerstäubungsbrenner
verbrannt wird, ein Verbrennungsgeräusch niedriger Frequenz von nicht mehr als 1000
Hz. Weiter entsteht durch den Betrieb der Brenner ein Geräusch von 500 bis 5000
Hz durch das Brennergebläse oder die Brennstoffpumpe, falls flüssiger Brennstoff
im Brenner verbraucht wird.
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Unter wiesen beiden Geräuschen ist das erstgenannte stärker. Das letztere
Geräusch läßt sich verringern, indem man den Brenner z.B. in einer geschlossenen
Kammer anordnet. Jedoch läßt sich das erstere Verbrennungsgeräusch dadurch nicht
verringern, da dessen Frequenz niedrig ist. Außerdem ist das Geräusch niedriger
Frequenz schwierig zu dämpfen sowie aus großer EntSertlung gut zu
hören
und stellt für den Gehörsinn ein unangenehmes Geräusch dar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaustauscher für
einen Heißwasserboiler zu schaffen, bei dem das vorgenaririte Verbrennungsgeräusch
niedriger Frequenz verringert ist, Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe
gelöst wird, ist ein Wärmeaustauscher für einen Heißwasserboiler, gekennzeichnet
durch einen Schalldämpfer, der aus einem zylindrischen Bauteil besteht, das an beiden
Enden geschlossen und an der Seitenwand mit einer Anzahl von kleinen durchgehenden
Löchern versehen ist, und einen den Schalldämpfer umgebenden Verbrennungsga s strornkana
1, an dessen Außenseite sich das zu erhitzenae Wasser befindet, wobei der Schalldämpfer
innerhalb des Verbrennungsgasstromkanals so angeordnet ist, daß ein geeigneter Raum
zwischen der Seitenwand des Schalldämpfers und dem Umfang des Kanals verbleibt.
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Die Erfindung und ihre Vorteile werden anhand des in der Zeichnung
veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert; darin zeigen: Fig. 1 einen
senkrechten Schnitt des Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung; Fig. 2 einen vergrößerten
senkrechten Schnitt des Hauptteils des Wärmeaustauschers; Fig. 5 eine teilweise
Seitenansicht von der lurch den Pfeil III-III in Fig. 2 angedeuteten Richtung.
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Das Ausführungsbeispiel soll nun im einzelnen beschrieben werden.
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In Fig. 1 bedeutet die Bezugsziffer 1 ein äußeres Gehäuse eines Wärmeaustauschers,
das mit einer Wassereinlaßöffnung 2 und einer Heißwasserabgabeöffnung 5 versehen
ist. Das au3ere Gehäuse 1 ist mit einem inneren Gehäuse 4 zu einer Einheit verschweil3t,
um eine Wasserkammer 5 zu bilden. Die Bezugsziffer 6 bezeichnet einen Brenner. Die
Bezugsziffer 7 bezeichnet einen Deckel des Wärmeaustauschers, der mit einer Klappe
8 versehen ist, um ein
freies Abblasen dadurch zur Zeit von Explosionen
zu ermöglichen, eine Kaminanschlußöffnung 9 aufweist und auf dem äußeren Gehäuse
1 mittels Schrauben und dgl. montiert ist, so daß er leicht demontiert werden kann.
Die Bezugsziffer 10 bezeichnet einen Resonanzschalldämpfer, der gleichzeitig als
Abgaspuffer dient und aus einem zylindrischen Bauteil 11 besteht, das eine Anzahl
von kleinen durchgehenden Löchern 12 aufweist und oben und unten durch je eine Platte
1) bzw. 14 abgeschlossen ist. Dieser Schalldämpfer 10 ist ein wesentliches Element
des Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung. Der Schalldämpfer 10 ist in der oberen
Mitte des inneren Gehäuses 4 so angeordnet, daß er als Puffer dient. Die Bezugsziffer
15 bezeichnet einen Verbrennungsraum und -gasstromkanal, der vom inneren Gehäuse
4 und der unteren AbschluGplatte 14 des Schalldämpfers 10 eingeschlossen ist.
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Die Bezugsziffer 16 bezeichnet ein Fundament des Heißwasserboilers
und ist mit dem Wärmeaustauscher mittels der Abstützung 17 verbunden, die mit dem
äußeren Gehäuse 1 verschweißt ist.
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Obwohl -der Heißwasserboiler üblicherweise so ausgebildet ist, daß
er den ganzen Wärmeaustauscher innerhalb einer Kammer einschließt, ist ein solcher
Aufbau hier in der Zeichnung nicht dargestellt.
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Beim vorstehena beschriebenen Aufbau wird, wenn der Brenner arbeitet,
das verbrannte heiße Verbrennungsgas lurch den Raum zwischen dem zylindrischen Bauteil
11 des Schalldämpfers 10 und dem inneren Gehäuse 4 und durch die Kaminanschlußöffnung
9 zum Kamin abgegeben.
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Die durch öie Verbrennung des Brennstoffs beim Betrieb des Brenners
6 erzeugte Wärme wird auf das Wasser in der Wasserkammer 5 in folgender Weise übertragen.
Ein Teil der Marine wird von der Flamme im Verbrennungsraum 15 durch Wärmestrahlung,
direkt auf das innere Gehäuseqübertragen. Der Rest der Wärme
wird
auf das innere Gehäuse 4, wenn das heiße Verbrennungsgas längs der Wand des inneren
Gehäuses 4 aufsteigt, mittels Wärmeübergang durch Konvektion übertragen. Um diesen
Betrag an Wärmeübergang durch Konvektion zu steigern und die Wärmemenge, die durch.das
Verbrennungsgas über den Kamin verloren geht, zu senken,. ist es erforderlich, die
Gasmenge zu reduzieren, die den Kamin erreicht, ohne in Berührung mit der Wand des
inneren Gehäuses 4 gebracht zu werden. Daher ist es geboten, den Strom des Verbrennungsgases
innerhalb des Wärmeaustauschers so dicht wie möglich an der Wand des inneren Gehäuses
4 vorbeistreichen zu lassen. Weiter läßt sich, indem man den Strom des Verbrennungsgases
längs der Wand des inneren Gehäuses 4 turbulent macht, die Menge des Wärmeüberganges
durch Konvektion weiter steigern. Der Anteil des Wärmeübergangs durch Konvektion
am gesamten Wärmeübergang ist allgemein 60 bis -r0, . Je höher die Temperatur der
Flamme durch Verbrennung des Brennstoffs gemacht wird, umso größer ist die Menge
des Wärmeübergangs durch Strahlung.
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Es gibt einen plötzlichen Anstieg der Enthalpie, wenn der Brennstoff
verbrannt wird, und dies führt zu dem Verbrennungsgeräusch.
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Daher kann man das Verbrennungsgeräusch veningern, indem man die Abmessung
der Flamme vergrößert, die Anstiegsgeschwindigkeit der Enthalpie verringert und
die Temperatur ce.r Flamme senkt.
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Da dies jedoch, wie beschrieben, eine Verringerung des Wärmeübergangs
durch Strahlung verursacht, muß. der Wärmeübergang durch Konvektion gesteigert werden.
Es ist andererseits erforderlich, die Oberfläche des inneren Gehäuses 4 hierzu zu
vergröbern, was hinsichtlich der Herstellungskosten nachteilig ist. Also widersprechen
ich die Verringerung des Verbrennungsgeräusches einerseits und die Herstellung eines
Wärmeaustauschers hohen Wirkungsgrades mit niedrigen Kosten andererseits.
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Die vorliegende Erfindung bietet nun einen Wärmeaustauscher, bei dem
verhindert wird, daß das Verbrennungsgeräusch aus dem Wärmeaustauscher merklich
nach außen dringt, auch wenn die Temperatur der Flamme hoch ist und eine große Verbrennungsge
schwindigkeit vorliegt. Erfindungsgemäß sind das äußere Gehäuse 1 und das innere
Gehäuse 4 mit Böden versehen, so daß der gesamte Verbrennungsraum 15 nur vom äußeren
Gehäuse 1, vom inneren.Gehäuse 4 und von der Wasserkammer 5 umgeben werden kann,
mit Ausnahme des oberen Teils. Bei diesem Aufbau ist der Verbrennungsraum 15 mit
Ausnahme seines oberen Teiles durch eine Geräuschabschirmwand großen Gewichts umschlossen.
So läßt sich die Übertragung des Verbrennungsgeräusches nach außen merklich verringern.
Um die Übertragung'des Verbrennungsge räusches nach oben in den offenen Raum zu
verhindern, ist oben ein Schalldämpfer vorgesehen, und dieser Schalldämpfer wird
gleichzeitig als Abgaspuffer verwendet, um den Wärmeübergang durch Konvektion zu
steigern.
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Weiter kann man anstelle des Bodens des äußeren Gehäuses 1 und des
inneren Gehäuses 4 ein Umfassungsbauteil aus feuerfestem Material großen Gewichts
vorsehen, um dieht-den Bodenteil des @@@@@ Innengehäuses 4 abzuschließen und so
den gleichen Effekt zu erzielen.
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Erfindungsgemäß besteht der genannte Schalldämpfer aus einem Resonanzschalldämpfer
10, der nun im einzelnen anhand der Fig. 2 beschrieben wird. Obwohl bei diesem Resonanzschalldämpfer
10 das Merkmal, daß das Fluid (Verbrennungsgas), dessen Geräusch verringert werden
soll, außerhalb des Schalldämpfers entlangstreicht, vom normalen Resonanzschalldämpfer
verschieden ist, läßt sich die Theorie von Helmholtz auf die Auswahl der Resonanzfrequenz
und Auslegung des Durchmessers, der Höhe, des Durchmessers der kleinen durchgehenden
Löcher 12 und ihrer Zahl anwenden. Und um den Strom des Verbrennungsgases turbulent
zu
machen, läßt sich eine Theorie der Auslegung für einen übeichen Abgaspuffer anwenden,
um den Außendurchmesser der oben platte 14 festzulegen. Und zwar läßt sich dies
erreichen, indem man den Außendurchmesser der Bodenplatte 14 nach den erforderlichen
Bedingungen größer als den Durchmesser des zylindrischen Bauteils 11 macht.
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Da der Schalldämpfer 10 im Wärmeaustauscher der höchsten Temperatur
ausgesetzt ist, muß man der Wärmeausdehnung und Wärmebelastung ausreichend Sorge
tragen. Ein Beispiel der Art der Festlegung des Schalldämpfers 10 am inneren Gehäuse
4 und des Zusammenbaues des zylindrischen Bauteils 11 und der Bodenplatte 14 ist
in Fig. 2 gezeigt. Nach diesem Aufbaubeispiel ist der Schalldämpfer 10 am inneren
Gehäuse durch Befestigen der Metallfestlegungselemente 18, die zu einer Einheit
mit der oberen Abschlußplatte 17 verschweißt sind, am Aufnahmeabstufteil 19, der
mit dem inneren Gehäuse 4 verschweißt ist, mittels Schrauben befestigt. Der untere
Teil des Schalldämpfers 10 nahe der unteren Abschlußplatte 14, der der höchsten
Temperatur ausgesetzt ist, wird überhaupt nicht irgendwo starr festgelegt. Die Axialausdehnung
kann ohne weiteres nach unten erfolgen. Weiter wird die Bodenplatte 14 des Schalldämpfers
10 am zylindrischen Bauteil 11 nicht durch Schweißen oder Schrauben festgelegt,
sondern ist an der Wand des zylindrischen Bauteils 11 mittels Riegelbolzen 21 aufgehängt,
die durch Löcher 20 geführt sind, die sowohl an der Wand des zylindrischen Bauteils
11 als auch am Umfang der Bodenplatte 14 angebracht sind, wie die Fig. 2 und 7 zeigen.
Da das zylindrische Bauteil 11 des Schalldämpfers 10 durch die Bodenplatte 14 bei
vorstehendem Aufbau nicht festgehalten ist, kann es sich Je nach den Temperaturschwankungen
frei ausdehnen und zusammenziehen. Es ist festzustellen, daß die genannten Riegelbolzen
21 an ihren entgegengesetzten Enden derart abgebogen sind, daß die Riegelbolzen
21 die beiden Teile entsprechend Fig. 2 festhalten.
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Nach dem. vorstehend beschriebenen Aufbau des Wärmeaustauschers läßt
sich, wenn er bemessen ist, um das Geräusch der Frequenz von etwa 250 Hz zu verringern,
das Geräusch von 20 bis 500 Hz, wenn man es außerhalb des Wärmeaustauschers mißt,
im Durchschnitt um 10 db reduzieren.
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Wie vorstehend beschrieben, läßt sich bei dem Wärmeaustauscher gemäß
der Erfindung, bei dem ein Resonanztypschalldämpfer aus einem zylindrischen Bauteil
mit einer oberen und einer unteren Abschlußplatte und mit einer Anzahl von kleinen
durchgehenden Löchern an der Seitenwand in einem Verbrennungsgasstrom angebracht
ist, der über eine Zwischenwand mit Wasser in Wärmeaustausch steht, wobei ein geeigneter
Raum zwischen der Seitenwand des Schalldämpfers und der Wand des Verbrennungsgasstromkanals
gebildet ist, das Verbrennungsgeräusch geringer Frequenz verringern, wobei man den
Schalldämpfer zur Verbesserung des Wärmewirkungagrades ausnutzt und so gleichzeitig
einen Heißwasserboiler geringen Geräuschen zu niedrigen Kosten erhält.