DE3712250A1 - Heizkessel mit schalldaempfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel mit Schalldämp­ fer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die bei Heizungsanlagen durch den Brenner verursachte Geräuschentwicklung wird zu einem erheblichen Teil über den Abgasweg als Schall durch den Kamin in die Umgebung abgestrahlt oder auf das Gebäude übertragen. Insbeson­ dere in jüngster Zeit werden daher verstärkt Anstren­ gungen zur Geräuschdämpfung bei Heizungsanlagen unter­ nommen.

Bei Heizkesseln mit topfförmiger heißer Brennkammer ist es z. B. bekannt, an der Kesselrückwand, in welcher sich der Abgasrohr-Anschlußstutzen befindet, eine schallabsorbierende Schicht anzubringen. Diese schall­ absorbierende Schicht besteht aus einem von einem Loch­ blech abgedeckten hitzebeständigen Fasermaterial. Die verhältnismäßig kleine Fläche dieser schallabsorbie­ renden Schicht ermöglicht nur eine geringe Schall­ dämpfung. Weiter ist es bekannt, in das Abgasrohr Schalldämpfer einzusetzen, die aus einem Rohrstutzen bestehen, der mit einer ähnlich aufgebauten schallab­ sorbierenden Schicht ausgekleidet ist. Durch Verlänge­ rung dieses Schalldämpfers läßt sich die schallabsor­ bierende Fläche vergrößern und dadurch die Schalldämp­ fung verbessern. Dieser Schalldämpfer weist dadurch jedoch eine erhebliche axiale Länge auf, die seinen Einbau problematisch macht. Diese auf der Basis von Schallabsorption arbeitenden Schalldämpfer sind im wesentlichen nur bei Schallwellen im kHz-Frequenz­ bereich wirksam. Bei Schallwellen unter 1000 Hz nimmt der Wirkungsgrad dieser Schalldämpfer stark ab. Bei den Feuerungen der Heizungsanlagen treten jedoch im Fre­ quenzbereich etwa 60 bis 500 Hz besonders hohe Schall­ drücke auf, die als besonders unangenehm empfunden werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfa­ chen kostengünstigen Schalldämpfer für einen Heizkessel zu schaffen, der insbesondere im Bereich niedriger Fre­ quenzen unterhalb von 500 bis 1000 Hz gute Dämpfungs­ eigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einem Heizkessel mit Schalldämp­ fer der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß ge­ löst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wird die Schalldämpfung durch eine Querschnittsverengung beim Eintritt der Abgase aus dem Feuerraum des Heizkessels in das Abgasrohr bewirkt. Die Reduzierung des Durchtrittsquerschnitts gegenüber dem Querschnitt des Abgasrohres bewirkt eine Reflexion der Schallwellen, so daß nur ein sehr geringer Teil der Schallenergie in das Abgasrohr gelangt. Die Reflexion ist insbesondere bei niedrigen Frequenzen der Schall­ wellen wirksam, so daß sich eine besonders hohe Dämp­ fung im Frequenzbereich von etwa 60 bis 700 Hz ergibt.

Die Querschnittverengung kann mit äußerst einfachen und kostengünstigen Mittels hergestellt werden, indem ein Schalldämpferrohr in den Abgasrohr-Anschlußstutzen des Heizkessels eingesetzt wird. Eine Zentrierscheibe dich­ tet dabei den Durchtrittsquerschnitt des Abgasrohres bzw. Abgasrohr-Anschlußstutzens ringsum das Schalldämpferrohr ab. Bei einem Kessel aus Stahlblech kann das Schalldämpferrohr mit den Zentrierscheiben in den Abgasrohr-Anschlußstutzen eingeschoben werden, so daß es stabil in dem Abgasrohr-Anschlußstutzen sitzt.

Es können auf diese Weise Heizkessel mit dem Schalldämpfer nachgerüstet werden. Ebenso ist es mög­ lich, den Schalldämpfer in einfacher Weise zur Reini­ gung herauszuziehen.

Bei Gußheizkesseln kann das Schalldämpferrohr auch ein­ stückig mit den Abgasrohr-Anschlußstutzen gegossen wer­ den. Die Herstellungskosten des Heizkessels erhöhen sich dadurch nicht. Diese Ausführungsform eignet sich allerdings weniger für eine Nachrüstung.

In einer für die Nachrüstung besonders geeigneten Aus­ führungsform sitzt das Schalldämpferrohr in einem Rohr­ stutzen, der zwischen den Abgasrohr-Anschlußstutzen des Heizkessels und das Abgasrohr eingesetzt wird. Der Rohrstutzen kann dabei aus zwei miteinander verspannten Zylinderhalbschalen bestehen, so daß er zur Reinigung des Schalldämpferrohres aufgeklappt werden kann. Da der Schalldämpfer vorwiegend durch Reflexion an der Quer­ schnittsverengung arbeitet, bewirkt bereits ein kurzes Schalldämpferrohr eine erhebliche Dämpfung. Der Einbau eines solchen mit einem Schalldämpferrohr versehenen Rohrstutzen ist daher von den Abmessungen nicht prob­ lematisch.

Das Querschnitsverhältnis von Schalldämpferrohr und Abgasrohr kann in einem weiten Bereich variieren. Eine Grenze nach oben ist dadurch gegeben, daß sich nur eine geringe Schalldämpfung ergibt, wenn der Querschnitt des Schalldämpferrohres nur wenig kleiner ist als der Quer­ schnitt des Abgasrohres. Eine Grenze nach unten ergibt sich dadurch, daß bei einem zu kleinen Querschnitt des Schalldämpferrohres der Strömungswiderstand des Schall­ dämpferrohres groß wird, so daß u. U. ein zu starker Druckverlust an dem Schalldämpferrohr auftreten kann, der hauptsächlich durch die Stoßverluste an den Quer­ schnittssprüngen gegeben ist. Der Druckverlustanteil durch die Rohrreibung ist wegen der relativ kleinen Rohr-Lauflänge vernachlässigbar gering; die Schalldämp­ fung jedoch steigt in diesem Rohrlängenbereich mit der Rohrlänge stark an. Das Querschnittsverhältnis von Schalldämpferrohr und Abgasrohr und auch die Länge des Schalldämpferrohres können den jeweiligen Betriebsbe­ dingungen so angepaßt werden, daß sich eine optimale Schalldämpfung ohne unzulässig hohen Druckverlust ergibt. Bei Feuerungen mit höherer Leistung, bei denen größere Druckverluste im Abgasweg zulässig sind, ist daher eine stärkere Schalldämpfung möglich, was der höheren Geräuscherzeugung einer solchen Feuerung entspricht.

In der Praxis hat sich ein Querschnittsverhältnis von Schalldämpferrohr zu Abgasrohr von ca. 0,1 bis 0,7 und vorzugsweise von 0,2 bis 0,5 bewährt. Die Länge des Schalldämpferrohres kann vorzugsweise zwischen etwa 50 mm und 300 mm liegen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Heizkessel mit Schalldämpfer gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Axialschnitt durch eine zweite Aus­ führungsform mit einem in einen Rohrstut­ zen eingesetzten Schalldämpfer,

Fig. 3 einen Querschnitt gemäß der Linie I-I in Fig. 2,

Fig. 4 einen Axialschnitt eines an einen Heiz­ kessel angesetzten Schalldämpfers einer dritten Ausführungsform und

Fig. 5 in einer grafischen Darstellung die Ab­ hängigkeit des Einfügungsdämmaßes in Abhängigkeit vom Querschnittsverhältnis zwischen Schalldämpferrohr und Abgasrohr für unterschiedliche Längen des Schall­ dämpferrohres.

Das in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel zeigt einen herkömmlichen Heizkessel, dessen wasser­ durchströmter Kesselkörper 1 aus Stahlblech geschweißt ist. Indem Kesselkörper 1 ist eine topfförmige heiße Brennkammer 2 eingeschoben, die von radialen Rippen des Kesselkörpers 1 gestützt wird. In die Brennkammer 2 feuert der an der vorderen Stirnseite angeordnete, in der Zeichnung nicht dargestellte Brenner. In der hin­ teren Kesselrückwand 3 ist ein Abgasrohr-Anschlußstut­ zen 4 vorgesehen, auf welchen das Abgasrohr 5 aufge­ schoben wird. Der Durchmesser des Abgasrohr-Anschluß­ stutzens und der Durchmesser D des Abgasrohres sind in der Regel genormt (DIN 1298).

In den Abgasrohr-Anschlußstutzen 4 ist ein Schalldämp­ fer eingesetzt, der aus einem Schalldämpferrohr 8 be­ steht, welches durch zwei kreisringförmige Zentrier­ scheiben 7 koaxial in dem Abgasrohr-Anschlußstutzen 4 gehalten wird. Der axiale Abstand der beiden Zentrier­ scheiben 7 entspricht im wesentlichen der axialen Länge des Abgasrohr-Anschlußstutzens 4, so daß das Schall­ dämpferrohr 8 stabil in dem Abgasrohr-Anschlußstutzen 4 gehalten ist. Das rückwärtige Ende des Abgasrohr-An­ schlußstutzens 4 weist einen nach innen eingebördelten Rand auf, der als Anschlag 9 für die hintere Zentrier­ scheibe 7 dient. Die Zentrierscheiben 7 dichten den Durchtrittsquerschnitt zwischen dem Abgasrohr-Anschluß­ stutzen 4 und dem Schalldämpferrohr 8 ab. Wenn die Brennkammer aus dem Feuerraum des Heizkessels herausge­ nommen ist, kann auch der Schalldämpfer aus dem Abgas­ rohr-Anschlußstutzen 4 zur Reinigung herausgezogen wer­ den.

Das Schalldämpferrohr 8 ragt über die Kesselrückwand 3 nach innen in den Feuerraum des Heizkessels hinein. Der Außenmantel der Brennkammer 2 ist nach hinten axial über den Boden der Brennkammer 2 hinaus verlängert, so daß das Schalldämpferrohr 8 koaxial in den verlängerten Außenmantel der Brennkammer 2 hineinragt. Die heißen Verbrennungsgase 6 strömen in der Brennkammer 2 gegen die Flammenrichtung zurück, treten aus der Brennkammer 2 aus, strömen zwischen dem Außenmantel der Brennkammer 2 und dem wassergekühlten Kesselkörper 1 entlang, wobei sie ihre Wärme an dem Kesselkörper 1 abgeben, und gelangen dann unter zweimaliger Richtungsumkehr in den verlängerten Außenmantel der Brennkammer 2 und durch das Schalldämpferrohr 8 in das Abgasrohr 5.

Die Querschnittsverengung des Schalldämpferrohres 8 ge­ genüber dem Querschnitt des Abgasrohr-Anschlußstutzens 4 bzw. des Abgasrohres 5 bewirkt eine Schalldämpfung in dem hinter der Brennkammer 2 liegenden Bereich des Feuerraumes, die durch die zweifache Umkehr der Strö­ mungsrichtung der Verbrennungsgase vor dem Eintritt in das Schalldämpferrohr 8 noch verstärkt wird.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3 ist der Schalldämpfer in einem Rohrstutzen angeordnet, der zwi­ schen den Abgasrohr-Anschlußstutzen 4 eines herkömmli­ chen Heizkessels und das Abgasrohr 5 eingesetzt wird. Der Rohrstutzen besteht aus zwei Zylinderhalbschalen 10 und 11, die z. B. mit Augenschrauben bzw. Klappschrau­ ben 12 miteinander verspannt sind.

Der Schalldämpfer besteht auch hier aus einem Schall­ dämpferrohr 8, das mit zwei Zentrierscheiben 7 ver­ schweißt ist. Nach dem Auseinanderklappen der Zylinder­ halbschalen 10 und 11 des Rohrstutzens kann der aus dem Schalldämpferrohr 8 und den Zentrierscheiben 7 besteh­ ende Schalldämpfer aus dem Rohrstutzen zur Reinigung entnommen und wieder eingelegt werden.

Auch bei dieser Ausführungsform ergibt sich beim Über­ gang vom Feuerraum des Heizkessels zum Abgasrohr 5 eine Querschnittsverengung, die zur Reflexion der Schallwel­ len und damit zu deren Dämpfung führt.

Die Ausführungsform der Fig. 2 und 3 eignet sich insbesondere zur Nachrüstung bei beliebigen Heizkes­ seln, da keinerlei Änderungen an dem Heizkessel selbst vorgenommen werden müssen. Die axiale Länge des Rohr­ stutzens, die durch die Länge L des Schalldämpferrohres 8 bestimmt ist, kann so gering gehalten werden, daß in der Regel keine Einbauschwierigkeiten bestehen.

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welchem der Schalldämpfer in Verbindung mit einem Guß­ heizkessel vorgesehen ist. An das letzte vom Kessel­ wasser 14 durchströmte Kesselglied 13 ist ein Gußsam­ melkasten 16 angeschlossen, in welchem die Abgase ent­ sprechend dem Pfeil 6 durch eine Durchtrittsöffnung 15 hineinströmen. An den Sammelkasten 16 ist einstückig ein Abgasrohr-Anschlußstutzen 17 angeformt, auf welchem das Abgasrohr 5 aufgeschoben wird. Das Schalldämpfer­ rohr 8 wird mittels einer Zentrierscheibe 7 koaxial in dem Abgasrohr-Anschlußstutzen 17 gehalten. Auch das Schalldämpferrohr 8 und die Zentrierscheibe 7 bestehen aus Gußeisen und sind mit dem Sammelkasten 16 und dem Abgasrohr-Anschlußstutzen 17 einstückig ausgebildet.

Die Querschnittsverengung zwischen dem Sammelkasten 16 und dem Abgasrohr 5 führt auch hier wieder zu einer starken Reflexions-Schalldämpfung beim Durchtritt der Abgase in das Abgasrohr 5.

Die Ausführungsform der Fig. 4 läßt ein Nachrüsten zu, in dem der Sammelkasten 16 eines herkömmlichen Guß­ kessels gegen den erfindungsgemäßen mit dem Schalldämp­ fer versehenen Sammelkasten 16 ausgetauscht wird.

Die Schalldämpfung durch den erfindungsgemäßen Schall­ dämpfer geht aus den Meßkurven der Fig. 5 hervor. Das Einfügungsdämmaß D _E , d. h. die Schallpegeldifferenz mit und ohne den erfindungsgemäßen Schalldämpfer ist in Abhängigkeit von dem Querschnittsverhältnis (d/D)² von Schalldämpferrohr 8 und Abgasrohr 5 für Schalldämpfer­ rohre mit den Längen L ₁=50 mm, L ₂=100 mm und L ₃=300 mm gezeigt. Es ist deutlich erkennbar, daß mit zunehmender Verringerung des Durchmessers des Schalldämpferrohres 8 die Schalldämpfung stark ansteigt und daß mit abnehmen­ der Länge des Schalldämpferrohres 8 die Schalldämpfung abnimmt.

Je kleiner das Querschnittsverhältnis von Schalldämp­ ferrohr 8 zu Abgasrohr 5 wird und je länger das Schall­ dämpferrohr 8 wird, um so stärker steigt allerdings auch der Strömungswiderstand des Schalldämpferrohres und damit der durch den Schalldämpfer erzeugte Druck­ verlust an. Wie das Diagramm der Fig. 5 zeigt, sollte die Länge L des Schalldämpferrohres 8 zumindest etwa 50 mm betragen. Eine Verlängerung auf 100 mm ergibt eine deutliche Verbesserung der Schalldämpfung, während eine weitere Vergrößerung der Länge L zwar den Druckverlust weiter erhöht, jedoch die Schalldämpfung nicht mehr in entsprechend starkem Maße verbessert.

Bei einem Querschnittsverhältnis von weniger als 0,1 ist in der Regel der Druckverlust durch den Schalldämp­ fer zu groß. Ist das Querschnittsverhältnis größer als etwa 0,7, so ergibt sich keine erhebliche Schalldämp­ fung mehr. Um eine wirksame Schalldämpfung zu erzielen, sollte daher das Querschnittsverhältnis möglichst klei­ ner als 0,5 sein. Damit der Schalldämpfer universell einsetzbar ist, sollten die Druckverluste nicht zu groß sein, so daß sich ein Querschnittsverhältnis größer als 0,2 empfiehlt.

Claims (13)

1. Heizkessel mit einem im Bereich des Übergangs vom Feuerraum zum Abgasrohr angeordneten Schalldämpfer, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Feuerraum und dem Abgasrohr (5) ein Abgasdurchtrittsabschnitt mit gegenüber dem Abgasrohr (5) reduziertem Quer­ schnitt vorgesehen ist.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasdurchtrittsabschnitt ein ringsum abge­ dichtetes zum Abgasrohr (5) koaxiales Schalldämpfer­ rohr (8) ist.

3. Heizkessel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalldämpferrohr (8) durch wenigstens eine Zentrierscheibe (7) gehalten und ringsum abgedichtet ist.

4. Heizkessel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalldämpferrohr (8) mittels wenigstens zweier Zentrierscheiben (7) in einen Abgasrohr - An­ schlußstutzen (4) des Heizkessels eingesetzt ist.

5. Heizkessel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalldämpferrohr (8) mit den Zentrierschei­ ben (7) lösbar in den Abgasrohr-Anschlußstutzen (4) eingeschoben ist.

6. Heizkessel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalldämpferrohr (8) mit einer Zentrier­ scheibe (7) zusammen mit dem Abgasrohr-Anschluß­ stutzen (17) des Heizkessels ein einstückiges Guß­ teil bildet.

7. Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalldämpferrohr (8) axial in den Feuerraum hineinragt.

8. Heizkessel nach Anspruch 7, mit einer in den Feuer­ raum eingesetzten topfförmigen Brennkammer, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel der Brennkammer (2) koaxial über deren Boden hinaus verlängert ist und das Schalldämpferrohr (8) koaxial in den ver­ längerten Außenmantel hineinragt.

9. Heizkessel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalldämpferrohr (8) mit wenigstens zwei Zentrierscheiben (7) in einen zwischen den Abgas­ rohr-Anschlußstutzen (4) des Heizkessels und das Abgasrohr (5) angeschlossenen Rohrstutzen eingesetzt ist.

10. Heizkessel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrstutzen aus zwei lösbar miteinander verspannten Zylinderhalbschalen (10, 11) besteht.

11. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Querschnittsver­ hältnis von Schalldämpferrohr (8) zu Abgasrohr (5) zwischen ca. 0,1 und ca. 0,7 liegt.

12. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Querschnittsverhältnis zwischen 0,2 und 0,5 liegt.

13. Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß das Schalldämpferrohr (8) eine Länge von ca. 50 mm bis 300 mm aufweist.