DE60303307T2

DE60303307T2 - WANDBEFESTIGTES HEIZ- UND LEISTUNGSHAUSHALTSGERäT

Info

Publication number: DE60303307T2
Application number: DE60303307T
Authority: DE
Inventors: Anthony David Mooroolbark TOKELL; Antony John Cambridge STEPHENSON; Richard Adam Coalville GREGORY; Anthony David Huntingdon CLARK
Original assignee: Microgen Energy Ltd
Current assignee: Microgen Engine Corp Holding Bv Ulft Nl
Priority date: 2002-08-12
Filing date: 2003-08-11
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2023-08-12
Also published as: JP4343109B2; WO2004015261A1; CN100348856C; KR20050046720A; EP1529162A1; CA2495645A1; US7789318B2; ATE316202T1; JP2005535821A; AU2003267539A1; RU2005106866A; DE60303307D1; CN1682027A; GB0218740D0; EP1529162B1; US20050284947A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein wandmontiertes kombiniertes Heiz- und Energiegerät. Die Erfindung ist durch das Bedürfnis motiviert worden, die Montage eines kombinierten Heiz- und Energiegeräts, das einen Stirling-Motor mit linearem freiem Kolben aufweist, zu verbessern. Jedoch kann sie auf irgendein wandmontiertes kombiniertes Heiz- und Energiegerät angewendet werden, wo der Primärantrieb eine unerwünschte Schwingung erzeugt.
Der Stirling-Motor mit linearem freiem Kolben arbeitet mit allgemein konstanter Frequenz und hat die Tendenz, primär in einer einzigen Richtung zu schwingen, welche die Hin- und Herbewegungsrichtung des Motors ist. Diese Schwingungen können im Wesentlichen gelöscht werden, indem man mit einer Feder eine Absorbermasse an den Motor hängt (wie in unserer früheren Anmeldung GB-0203016.1 offenbart).
Ferner kann durch Aufhängen des Motors an einer Anzahl weicher Federn die Übertragung irgendwelcher resultierender Schwingungen auf die Motorlagerung reduziert werden (siehe unsere frühere Anmeldung 0203016.1).
Der Stirling-Motor erfordert eine Abdichtung zwischen dem schwingenden Stirling-Motor und einem extern angebrachten Brenner, um zu verhindern, dass die Verbrennungsgase in das Gehäuse und in die Wohnung hinein entweichen. Solch eine Dichtung repräsentiert eine Schnittstelle zwischen einer schwingenden Komponente und einer statischen Komponente. Die Dichtung kann in der Hin- und Herbewegungsrichtung des Motors flexibel ausgebildet sein, jedoch mit der Tendenz, dass sie in der horizontalen Ebene relativ steif ist. Somit sind die Schwingungen in der horizontalen Ebene des Motors und der Absorbermasse von dem Gerätegehäuse nicht isoliert. Die Schwingungen werden dementsprechend auf die Wand übertragen, wodurch sie die Wand in Schwingung versetzen, und Resonanzen in der Wand und anderen Strukturen anregen. Diese Resonanzen sind der Hauptgrund unakzeptabler Schwingungsprobleme an Prototyp-Einheiten, die bislang geprüft worden sind.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, dieses Problem zu lösen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein wandmontiertes kombiniertes Haushalts-Heiz- und -Energiegerät einen Primärantrieb zum Erzeugen von elektrischer Energie und Heizleistung, ein Gehäuse, das den Primärantrieb aufnimmt, und zumindest einen Beschlag an jeder Seite des Gehäuses, um das Gehäuse an einer Wand anzubringen, wobei jeder Beschlag einen Hauptkörper umfasst, der in einer vertikalen Richtung länglich ist und einen L-förmigen Querschnitt hat, wobei jedes Ende des L-förmigen Querschnitts einen erweiterten Abschnitt hat, deren erster einen Abstandshalter zwischen dem Hauptkörper und dem Gehäuse vorsieht, und deren zweiter einen Abstandshalter zwischen dem Hauptkörper und der Wand vorsieht.
Diese Beschlaganordnung hat die erforderliche vertikale Steifigkeit zum Tragen des Gewichts des Primärantriebs (und einer etwa zugeordneten Absorbermasse). Jedoch bietet der Beschlag auch die erforderliche Flexibilität in der horizontalen Ebene, sowohl in Richtung zu der Wand hin als auch von dieser weg (nachfolgend als die Einwärts/Auswärtsrichtung bezeichnet), als auch in Richtung parallel zur Wand (nachfolgend als Links/Rechtsrichtung bezeichnet). Das Vorhandensein der zwei erweiterten Abschnitte sorgt für einen ausreichenden Abstand, um diese Schwingung in der horizontalen Ebene zu erlauben. Die Beschläge reduzieren stark die Übertragung der horizontalen Vibrationen auf die Wand oder eliminieren diese.
An jeder Seite des Gehäuses kann ein einzelner Beschlag vorgesehen sein. Jedoch ist es gegenwärtig bevorzugt, zwei solche Beschläge an jeder Seite des Gehäuses mit Abstand in der vertikalen Richtung vorzusehen. Es könnten auch mehr als zwei Beschläge vorgesehen werden.
Wie zuvor erwähnt, ist die vorliegende Erfindung insbesondere bei einem Stirling- Motor mit linearem freiem Kolben anwendbar, und insbesondere auf einen solchen, von dem eine Absorbermasse abgehängt ist, um Schwingungen in der vertikalen Richtung zu reduzieren.
Bei jedem kombinierten Haushalts-Heiz- und -Energiegerät dieses Typs sind verschiedene andere Anschlüsse zur Außenwelt erforderlich. Zum Beispiel können eine Brenngaszufuhr, eine Luftzufuhr zu einem Brenner und ein Auslass für Abgase von dem Brenner erforderlich sein. Zusätzlich kann zum Abführen der Wärme die Einheit einen Einlass für Kaltwasser und einen Auslass für Warmwasser erfordern.
Das Gehäuse ist daher mit flexiblen Einlass/Auslassfluidverbindungen versehen.
Eine solche Verbindung kann z.B. die Form eines Einlass/Auslassrohrs einnehmen, das sich durch ein übergroßes Loch in dem Gehäuse erstreckt, mit einer flexiblen Dichtung zwischen dem Loch und dem Rohr. Bevorzugt sind zwei solche flexiblen Dichtungen innen an dem Gehäuse und einmal außen an dem Gehäuse jeweils vorgesehen. Das Vorhandensein zumindest einer flexiblen Dichtung stellt sicher, dass das Rohr innerhalb des Lochs zentriert ist, verhindert, dass das Rohr einen direkten Kontakt mit dem Gehäuse herstellt, verhindert die Geräuschübertragung durch die Zwischenräume und erlaubt eine thermische Ausdehnung des Gehäuses.
Das Flüssigkeitsrohr kann insbesondere in der Lage sein, Druckpulse zu übertragen. Um dieses zu reduzieren, ist bevorzugt jedes Rohr mit einem flexiblen Abschnitt versehen, um die Druckpulse zu absorbieren. Bevorzugt sind diese flexiblen Abschnitte Balgenabschnitte.
Nun werden Anwendungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:
1 ist ein schematisches Diagramm der Verbindungen zwischen dem Gerät und der Außenwand;
2 ist eine schematische Perspektive, die die Abdeckung der Wandmontage in Beschlägen zeigt;
3 ist ein detaillierteres Diagramm des Geräts, wie es in 2 gezeigt ist; und
4 ist ein Querschnitt durch eine Fluidverbindung mit dem Gerät.
Die DCHP-Einheit umfasst einen Stirling-Motor mit linearem, freiem Kolben, von dem eine Absorbermasse abgehängt ist, um Schwingungen in Richtung der Linearbewegung zu absorbieren. Eine solche Einheit ist im näheren Detail in unserer früheren Anmeldung 0203016.1 beschrieben. Die detaillierte Konstruktion des Motors betrifft die vorliegende Erfindung nicht.
Der Motor ist innerhalb eines Gehäuses 1 an einem Rahmen (nicht gezeigt) an einer Vielzahl weicher Federn (nicht gezeigt) angebracht, wie in der GB 0203016.1 offenbart. Dies reduziert die Höhe der vertikalen Schwingung auf eine handhabbare Größe. Jedoch ist die Dichtung zwischen dem Brenner und dem Motorkopf relativ steif, und hat die Tendenz, Schwingungen in der horizontalen Ebene von dem Motorkopf auf die Brennerbaugruppe und daher auf das Gehäuse der Einheit zu übertragen.
Wie in 1 gezeigt, hat der Motor notwendigerweise eine Anzahl von Verbindungen mit der Außenwelt. Wandhalterungen 2 sind vorgesehen, um den Motor anzubringen, und dies wird im näheren Detail in Bezug auf die 2 und 3 beschrieben. Der Stirlingmotor-Brenner erfordert einen Brennstoffeinlass 3 und einen Lufteinlass 4. Ein Abgasauslass 5 ist auch erforderlich, um das Abgas von dem Brenner abzuführen. In der Praxis sind der Lufteinlass 4 und der Abgasauslass 5 konzentrisch, um die hereinkommende Luft vorzuheizen.
Ein Einlass 6 und ein Auslass 7 für die Zirkulation des Wassers zu und von der Hauswasserheizung oder Zentralheizung sind erforderlich.
Der Lufteinlass 4 und der Abgasauslass 5 für den Brenner sind beide mit einem Wärmetauscher verbunden, der über dem Stirling-Motor sitzt und daher nicht schwingt. Daher erfordert diese konzentrische Anordnung lediglich eine Gummi-Faltenbalgdichtung, um ein jeweiliges Gehäuse abzudichten, um sicherzustellen, dass der konzentrische Abgaskanal mit Abstand von einem Loch in dem Gehäuse angeordnet und darin allgemein zentriert ist, so dass es keinerlei Schwingung von dem Gehäuse selbst aufnimmt.
Der Brennstoffeinlass 3 ist mit dem Brennergehäuse verbunden und wird daher mit dem Brennergehäuse in Schwingung versetzt. Aus diesem Grund ist eine Anordnung vorgesehen, wie jene, die in 4 gezeigt ist. In dieser Anordnung erstreckt sich der Brennstoffeinlass 3 durch ein übergroßes Loch in die Form eines Gehäuses hinein, das aus einem kurzen Röhrenabschnitt 8 gebildet ist. Die Röhre 8 ist an ihrem Ober- und Unterende mit einer Gummimanschette 9 abgedichtet, die den Brennstoffeinlass 3 von der Röhre 8 weghält und sicherstellt, dass eine Schwingung des Einlassrohrs nicht auf das Gehäuse übertragen wird. Der Abstand zwischen dem Rohr 3 und der Röhre 8 kann mit einem elastischen Geräuschdämpfungsmaterial gefüllt sein.
Die Wasserein/auslässe 6, 7 sind auch mit einem schwingenden Teil des Motors in Kontakt, und es wird eine ähnliche Anordnung verwendet, um die Rohre 6, 7 von dem Gehäuse 1 zu isolieren, wie oben in Bezug auf den Brennstoffeinlass 3 beschrieben. Zusätzlich zu den Merkmalen, die in Bezug auf den Gaseinlass beschrieben sind, sind auch der Wassereinlass und -auslass mit zwei Balgenabschnitten 10 versehen, die so ausgestaltet sind, dass sie Druckpulse in der Flüssigkeit induzieren, um hierdurch deren stromabwärtige Übertragung zu minimieren.
Zu dem Gehäuse 1 ist zu Wartungszwecken Zugang erforderlich, wie mit dem Pfeil 11 angegeben. Dieser Zugang wird durch eine abnehmbare Platte mit einer Gummiranddichtung bereitgestellt. Diese ist so ausgestaltet, dass sie den leichten und sicheren Ausbau der Platte erlaubt, während das Risiko der Einführung von Lecks jedes Mal dann, wenn sie entfernt wird, minimiert wird.
Die Wandbeschläge 2 sind im näheren Detail in den 2 und 3 gezeigt. Wie in 2 gezeigt, ist das Gehäuse 1 an vier Beschlägen 2 angebracht, wobei zwei Beschläge an jeder Seite des Gehäuses 1 angeordnet und mit vertikalem Abstand voneinander angeordnet sind.
Die Beschläge haben einen allgemein L-förmigen Querschnitt, wie im größeren Detail in 3 gezeigt. Der L-förmige Querschnitt umfasst eine erste Seite 20, die zur Wand W parallel ist, und eine zweite Seite 21, die sich von der ersten Seite 20 orthogonal zur Wand W weg erstreckt. Die erste Seite 20 ist von der Wand W um einen erweiterten Abschnitt 22 beabstandet, der sich von der ersten Seite 20 zur Wand W hin erstreckt. Ähnlich ist die zweite Seite 21 von dem Gehäuse 1 durch einen erweiterten Abschnitt 23 beabstandet, der sich von der zweiten Seite 21 zu dem Gehäuse 1 hin erstreckt.
Die Wandbeschläge sind so ausgestaltet, dass sie eine Eigenfrequenz von 20 Hz ergeben. Um dies zu gewährleisten, ist die seitliche Steifigkeit 12 000 N/m (+/– 1000 N/m). Es werden Aluminiumbeschläge verwendet, die für die vier Beschläge enthaltende Anordnung jeweils eine Länge von 225 mm und Ränder von 100 mm aufweisen. Die Materialdicke beträgt 1,5 mm. Die Dimensionen für alternative Anordnungen, unter Verwendung unterschiedlicher Anzahlen an Beschlägen, würden die erforderliche Steifigkeit ergeben.
Wie aus den 2 und 3 ersichtlich, bieten die Beschläge 2 eine adäquate Steifigkeit in der vertikalen Richtung, während sie erlauben, dass die vertikale Last des Stirling-Motors und der Absorbermasse adäquat abgestützt wird. Wie aus 3 ersichtlich, werden jedoch etwaige Vibrationen in der horizontalen Ebene durch die Flexibilität der Beschläge 2 sowie durch die Zwischenräume, die zwischen den Seiten 20 und 21 der Beschläge und dem Gehäuse 1 und der Wand 2 jeweils durch die erweiterten Abschnitte 22 und 23 erzeugt werden, aufgenommen.

Claims

Wandmontiertes kombiniertes Haushalts-Heiz- und -Energiegerät, umfassend einen Primärantrieb zum Erzeugen von elektrischer Energie und Heizleistung, ein Gehäuse (1), das den Primärantrieb aufnimmt, und zumindest einen Beschlag (21) an jeder Seite des Gehäuses, um das Gehäuse an einer Wand anzubringen, wobei jeder Beschlag einen Hauptkörper umfasst, der in einer vertikalen Richtung länglich ist und einen L-förmigen Querschnitt hat, wobei jedes Ende des L-förmigen Querschnitts einen erweiterten Abschnitt hat, deren erster (23) einen Abstandshalter zwischen dem Hauptkörper und dem Gehäuse vorsieht, und deren zweiter (22) einen Abstandshalter zwischen dem Hauptkörper und der Wand vorsieht.
Gerät nach Anspruch 1, worin eine Mehrzahl von Beschlägen an jeder Seite des Gehäuses vorgesehen sind.
Gerät nach Anspruch 1 oder 2, worin der Primärantrieb ein Stirling-Motor mit linearem freiem Kolben ist.
Gerät nach Anspruch 3, worin an dem Stirling-Motor eine Absorbermasse aufgehängt ist.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Gehäuse mit zumindest einer flexiblen Einlass/Auslassverbindung für Fluid versehen ist.
Gerät nach Anspruch 5, worin die flexible Verbindung durch eine übergroße Öffnung in dem Gehäuse, durch die sich ein Einlass/Auslassrohr erstreckt, und eine flexible Dichtung zwischen dem Loch und dem Rohr vorgesehen ist.
Gerät nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, worin der Einlass/Auslass mit einem flexiblen Rohrabschnitt versehen ist, um Druckpulse zu absorbieren.