DE3700444C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel gemäß dem Ober­ begriff des Anspruches 1.

Aus der DE-OS 35 17 859 ist ein Heizkessel dieser Gattung bekannt. Der Heizkessel mit kleiner Leistung wird mit heißer Brennkammer mit sogenannter Umkehrflamme betrieben. Die bei solchen Heizkesseln auftretende, im Wohnbereich besonders störende starke Geräuschentwicklung im Schallfre­ quenzbereich unter 1000 Hz, insbesondere unter 500 Hz, wird bei diesem bekannten Heizkessel dadurch bekämpft, daß schalldämpfende Maßnahmen an den Wandungen vorgesehen sind, an denen die Abgase vorbeiströmen. Die Wandung ist hierzu entweder mit einem die Schallenergie durch Reibung absor­ bierenden Material versehen oder es sind Helmholtz-Resona­ toren vorgesehen, die über Öffnungen in die den Abgasstrom führende Wandung münden. In einer Ausführungsform wird die Schalldämpfung auch durch Umlenkung des Abgasstromes be­ wirkt. Es wird dabei darauf geachtet, daß der Durchtritts­ querschnitt für die Abgase durch diese schalldämpfenden Maßnahmen nicht verringert wird. Der zusätzlich zu der Brennkammer in den Feuerraum eingesetzte Schalldämpfer weist daher verhältnismäßig große Abmessungen auf, die entsprechende Abmessungen des Feuerraumes erforderlich machen. Insbesondere kann die Nachrüstung eines vorhandenen Heizkessels mit einer mit diesem Schalldämpfer ausgestatte­ ten Brennkammer problematisch und unter Umständen sogar unmöglich sein.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Heiz­ kessel mit guter Schalldämpfung im Bereich niedriger Fre­ quenzen, insbesondere auch im Frequenzbereich unter 500 Hz, so auszubilden, daß die Bauabmessungen des Schalldämpfers klein sind und die Integrierbarkeit in den Heizkessel nicht beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Heizkessel mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Heizkessel erfolgt die Schall­ dämpfung durch in dem Strömungsweg der Abgase vorgesehene Verengungen des Durchtrittsquerschnittes. Durch diese Verengungen des Durchtrittsquerschnittes werden Resonanz­ kammern gebildet, durch welche die Abgase hindurchströmen. Die Schalldämpfung erfolgt dabei im wesentlichen durch Reflexion der Schallwellen in den Resonanzkammern, wenn die Abgase durch diese hindurchströmen. Die Verengungen des Durchtrittsquerschnittes haben keine Vergrößerung der Einbauabmessungen des Schalldämpfers zur Folge, so daß dieser auch bei kleinen Heizkesseln niedriger Leistung problemlos in den Heizkessel integriert werden kann. Ins­ besondere ist es auch möglich, bei einem bestehenden Heizkes­ sel die vorhandene Brennkammer gegen eine erfindungsgemäße Brennkammer mit Schalldämpfer auszutauschen, ohne den Heizkessel und die Heizungsanlage im übrigen umbauen zu müssen.

Vorzugsweise ist der Schalldämpfer an der Brennkammer befestigt, so daß er zusammen mit der Brennkammer z. B. zur Reinigung aus dem Heizkessel herausgenommen werden kann. Ist der Schalldämpfer außerdem noch lösbar an der Brennkam­ mer befestigt, so wird dadurch die Reinigung des Schall­ dämpfers weiter erleichtert.

Vorzugsweise wird wenigstens eine Verengung des Abgasdurch­ trittsquerschnittes durch eine zwischen den Außenmantel und den Stutzen eingesetzte Schikane gebildet, wodurch der Zylinderringraum zwischen dem Außenmantel und dem Stutzen in wenigstens zwei Ringkammern unterteilt wird. Diese Ring­ kammern bilden Resonanzräume, die besonders zu einer star­ ken Dämpfung im niedrigen Frequenzbereich unter 500 Hz führen.

In dem zylindrischen Außenmantel können radiale Eintritts­ öffnungen vorgesehen sein, durch die die Abgase in die Ringkammern eintreten. Diese Eintrittsöffnungen bilden eine weitere Verengung des Abgas-Durchtrittsquerschnittes.

Durch die Anzahl und den gegenseitigen axialen Abstand der Schikanen kann das Volumen der einzelnen Resonanzkammern individuell dem Frequenzgang des Schalls angepaßt werden, um eine anlageorientierte optimale Dämpfung zu erhalten.

Die Bauweise von Brennkammer und Schalldämpfer als gesonderte Baueinheiten ermöglicht eine kostengünstige Fertigung des vielseitig modifi­ zierbaren Schalldämpfers.

Eine weitere Verbesserung der Schalldämpfung ist möglich durch eine Schalldämmschicht, die auf der Außenseite des Brennkammerbodens aufgebracht ist. Diese Schalldämmschicht begrenzt somit teilweise den Strömungsweg der Abgase im Schalldämpfer und führt dadurch zu einer zusätzlichen Schallabsorption. Im Abstand vor dieser Schalldämmschicht kann weiter ein Lochblech angeordnet sein, so daß außerdem auch noch ein den Strömungsweg der Abgase begrenzender Re­ sonanzhohlraum gebildet wird, der insbesondere in einem mittleren Frequenzbereich von etwa 250 bis 1000 Hz wirksam ist.

Eine weitere Verbesserung und Frequenzbeeinflussung der Dämpfung ist dadurch möglich, daß in den zwischen den Schika­ nen gebildeten Resonanzhohlräumen durch in Strömungsrichtung der Abgase, d. h. in Axialrichtung, ein Raster bildende Trennwände vorgesehen sind.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist die brennerseitige Öffnung der Brennkammer außerdem durch eine kreisringförmige Blende teilweise verschlossen. Diese Blen­ de kann bis auf den Flammendurchmesser des Brenners verengt sein. Die heißen Verbrennungsgase treten durch Löcher die­ ser Blende aus der Brennkammer aus. Die Blende verstärkt die Rezirkulation der heißen Verbrennungsgase, was für eine vollständige, rückstandslose Verbrennung förderlich ist. Weiter unterbricht die Blende zumindest teilweise die Aus­ breitung der Schallwellen aus der Brennkammer in den Ring­ spalt zwischen Brennkammer und Feuerraumwand und begünstigt dadurch die Schalldämpfung.

Eine weitere Verbesserung der Schalldämpfung ist durch eine Strahlungsplatte möglich, die brennerseitig an der Brenn­ kammer mit axialem Abstand angebracht ist und den Feuerraum verschließt. Die Strahlungsplatte kann dabei gleichzeitig zur Zentrierung des Brenners dienen. Die Strahlungsplatte reflektiert die aus der Brennkammer austretenden Schallwel­ len teilweise in die Brennkammer zurück, so daß die Dämp­ fungswirkung der Brennkammer gefördert wird. Die die Brennkammer teilweise abschließende Blende und die Strah­ lungsplatte, die die aus der mittigen Öffnung der Blende austretenden Schallwellen teilweise reflektiert, bewirken aufgrund des großen Volumens der Brennkammer eine Dämpfung insb. im sehr niedrigen Frequenzbereich von etwa 30 bis 60 Hz.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt eines Heizkessels und

Fig. 2 einen Querschnitt des Heizkessels gemäß der Li­ nie I-I in Fig. 1.

Der im Ausführungsbeispiel dargestellte Heizkessel weist ei­ nen kreiszylindrischen Feuerraum 17 auf, dessen Wand aus einem Gußrohr mit nach innen gerichteten axial ver­ laufenden Rippen 14 besteht. Der Feuerraum 17 ist von dem Wasserraum 15 des Heizkessels umschlossen. An der einen Stirnwand des Feuerraumes 17 ist konzentrisch ein Brenner 12 angeordnet, der ein Öl- oder Gasbrenner sein kann. An der entgegengesetzten Stirnwand des Feuerraumes 17 mündet ein Ab­ gasrohr 16, das an einen Kamin angeschlossen wird.

In dem Feuerraum ist eine kreiszylindrische Brennkammer 8 aus Edelstahl mit topfförmig geschlossenem Boden 6 einge­ setzt. An dem Boden 6 ist im Inneren der Brennkammer 8 ein scheibenförmiges feuerfestes Formteil 7 z.B. aus Keramikfa­ ser eingesetzt, um den Boden 6 vor dem unmittelbaren Auf­ treffen der Brennerflamme 13 zu schützen. Die heißen Ver­ brennungsgase strömen in Umkehrrichtung entgegengesetzt zur Flamme 13 an der Wand der Brennkammer 8 zurück, treten brennerseitig aus der Brennkammer 8 aus und strömen durch den zwischen der Brennkammer 8 und der Feuerraumwand ge­ bildeten Ringspalt zu dem Abgasrohr 16. Dabei geben die Ab­ gase über die Wärmetauscherflächen der Rippen 14 und der Feuerraumwand ihre Wärme an das Wasser in dem Wasserraum 15 ab.

Die Brennkammer 8 erstreckt sich nicht über die gesamte axiale Länge des Feuerraumes 17, sondern nimmt nur einen Teil der axialen Länge ein, der je nach Kesseltyp etwa 1/2 bis 3/4 der Länge des Feuerrraumes 17 beträgt. In dem zwischen dem Bo­ den 6 der Brennkammer 8 und der das Abgasrohr 16 aufnehmen­ den Stirnwand verbleibenden Teil des Feuerraumes 17 ist der nachfolgend beschriebene Schalldämpfer angeordnet.

Dieser Schalldämpfer weist einen Außenmantel 1 auf, der sich kreiszylindrisch koaxial mit gleichem Durchmesser an die Brennkammer 8 anschließt. Koaxial in dem Außenmantel 1 ist ein rohrförmiger Stutzen 3 angeordnet, der in das Ab­ gasrohr 16 einführbar ist und brennkammerseitig in einem axialen Abstand von dem Boden 6 endet. An die Stirnwand des Feuerraums 17 angrenzend ist der Außenmantel 1 mit dem Stutzen 3 über eine geschlossene Kreisringscheibe dicht verbunden, wobei eine zwischen diese Kreisringscheibe und die Stirn­ wand des Feuerraumes eingesetzte Isolierschicht 5 dazu dient, einerseits den Ringspalt zwischen Feuerraumwand und Außenmantel 1 gegen das Abgasrohr 16 abzudichten und andererseits eine Wärmeübertragung von dem Außenmantel 1 auf die Stirnwand des Feuerraumes zu verhindern.

In den von dem Außenmantel 1 und dem Stutzen 3 gebildeten Zylinderringraum sind zwei kreisringförmige Schikanen 2 eingesetzt, die auf einem Kreisring angeordnete Löcher 18 aufweisen. Die Schikanen 2 unterteilen den zwischen Außen­ mantel 1 und Stutzen 3 gebildeten Zylinderringraum in zwei ringförmige Resonanzkammern. Zwischen der der Brennkammer 8 zugewandten Schikane 2 und dem Boden 6 der Brennkammer ist eine dritte Kammer gebildet, die über den Stutzen 3 mit dem Abgasrohr 16 in Verbindung steht.

Die von der Brennkammer 8 kommenden heißen Abgase strömen von dem Ringspalt zwischen der Brennkammer 8 und der Wand des Feuer­ raums 17 über radiale Eintrittsöffnungen im Außenmantel 1 in die abgasrohrseitige erste ringförmige Resonanzkammer, durch die Löcher 18 der ersten Schikane in die zweite ring­ förmige Resonanzkammer, durch die Löcher 18 der zweiten Schikane in die dritte Kammer und von der dritten Kammer durch den Stutzen 3 in das Abgasrohr 16. Das Durchströmen der ringförmigen Resonanzkammern unter Umlenkung der Strö­ mungsrichtung bewirkt eine starke Dämpfung der durch die Abgase übertragenen Schalldruckwellen.

Die Anzahl der Schikanen und ihrer gegenseitigen axialen Abstände können gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel geändert werden, um insb. das Volumen der ringförmigen Resonanzkammern für eine optimale Dämp­ fung dem Frequenzverlauf der Schallwellen optimal anzupas­ sen. Die ringförmigen Resonanzkammern bewirken insb. eine starke Dämpfung im Frequenzbereich zwischen 60 und 500 Hz.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bilden der Außen­ mantel 1, die Schikanen 2 und der Stutzen 3 eine komplette Baueinheit, die lösbar am Boden 6 der Brennkammer 8 befe­ stigt ist. Hierzu ist am Boden 6 der Brennkammer 8 koaxial eine Profilstange 4 mit kreuzförmigem Profil angebracht, z. B. angeschweißt, auf welche der Stutzen 3 aufgeschoben wird. Der gesamte Schalldämpfer kann zusammen mit der Brennkammer 8 aus dem Feuerraum zur Reinigung entnommen werden. Dabei kann auch der Schalldämpfer von der Brenn­ kammer entfernt werden, was dessen Reinigung erleichtert. Ebenso kann der Schalldämpfer zur Anpassung an den spe­ ziellen Frequenzverlauf der Schallwellen der Feuerung aus­ getauscht werden.

Es ist selbstverständlich auch möglich, den Schalldämpfer in anderer Weise an der Brennkammer zu befestigen, z.B. indem der Außenmantel 1 an der Brennkammer 8 angeschweißt oder mit dieser einstückig ausgebildet ist.

Eine weitere Verbesserung der Schalldämpfung ergibt sich, wenn in den ringförmigen Resonanzkammern kassettenförmige Trennwände angeordnet sind, die in der Strömungsrichtung der Abgase, d. h. achsparallel, verlaufen.

Eine weitere Verbesserung der Dämpfung ist möglich, wenn schalldämpferseitig auf dem Boden 6 der Brennkammer 8 zu­ sätzlich eine Dämmschicht aus einem porösen, wärmefesten Material, z. B. aus Keramikfaser oder Kunststoff, vorgesehen ist. Dadurch ergibt sich eine zusätzliche Absorptionsdämp­ fung bei der Umlenkung der Abgase in der dritten Kammer in den Stutzen 3.

Wird weiter vor dieser Dämmschicht in einem axialen Abstand noch ein zusätzliches Lochblech angeordnet, so bildet sich zwischen diesem Lochblech und der Dämmschicht ein zusätzli­ cher Resonanzraum. Dieser Resonanzraum kann außerdem auch durch kassettenförmig angeordnete Trennwände unterteilt sein. Ein solcher Resonanzraum ist insb. im mittleren Fre­ quenzbereich zwischen etwa 250 und 1000 Hz wirksam.

Eine Schalldämpfung im sehr niedrigen Frequenzbereich von etwa 30 bis 60 Hz findet bereits in der Brennkammer 8 statt. Diese Schalldämpfung wird dadurch verstärkt, daß die brennerseitige Öffnung der Brennkammer 8 durch eine kreis­ ringförmige Blende 9 verengt ist. Die Blende 9 kann soweit verengt sein, daß ihre zentrische Öffnung im wesentlichen dem Durchmesser der Flamme 13 des Brenners 12 entspricht. In der Blende 9 sind Durchtrittsöffnungen für die heißen Verbrennungsgase vorgesehen. Die Blende 9 verhindert den Austritt der heißen Verbrennungsgase aus der Brennkammer 8 und begünstigt damit die Rezirkulation der Verbrennungsgase in der Brennkammer 8. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Verbrennung aus und erhöht die Dämpfungswirkung der Brenn­ kammer 8 im niedrigen Frequenzbereich.

Am brennerseitigen Ende der Brennkammer 8 ist weiter über axiale Distanzstücke 11 eine Strahlungsplatte 10 ange­ bracht. Die Strahlungsplatte 10 verschließt den Feuerraum brennerseitig, wenn die Brennkammer 8 in den Feuerraum ein­ geschoben ist. Die Strahlungsplatte 10 weist eine zentri­ sche Öffnung für den Brenner 12 auf und dient somit gleich­ zeitig zur Zentrierung des Brenners 12. Die Strahlungsplat­ te 10 reflektiert die durch die mittige Öffnung der Blende 9 aus der Brennkammer 8 austretenden Schallwellen zumindest teilweise in die Brennkammer 8 zurück und verbessert somit die Dämpfungswirkung im niedrigen Frequenzbereich zusätz­ lich.

Die Anzahl und der Querschnitt der Durchtrittslöcher in der Blende 9 der radialen Eintrittsöffnungen im Außenmantel 1 des Schalldämpfers und der Löcher 18 in den Schikanen 2 be­ stimmt sich im wesentlichen aus den Erfordernissen des Strömungswiderstandes und der Schalldämpfung.

Am Innenumfang der Blende 9 können Strömungsleitkörper aus keramischem Material angeordnet sein, die in die Brennkam­ mer 8 hineinragen. Die Strömungsleitkörper bewirken eine gleichmäßige Verteilung der Verbrennungsgase bei der Re­ zirkulation und verbessern dadurch zusätzlich die Verbren­ nung.

Claims (17)

1. Heizkessel mit einem Feuerraum, in dessen einer Stirn­ wand ein Brenner und in dessen entgegengesetzter Stirn­ wand ein Abgasrohr angeordnet ist, mit einer im wesent­ lichen zylindrischen, einseitig geschlossenen Brennkam­ mer, die mit radialem Abstand koaxial in den Feuerraum eingesetzt ist, und mit einem zwischen dem Boden der Brennkammer und der abgasrohrseitigen Stirnwand des Feuerraumes angeordnet, von den Abgasen durchströmten, diese umlenkenden Schalldämpfer, der einen die Brennkam­ mer koaxial verlängernden zylindrischen Außenmantel und einen koaxial in den Außenmantel ragenden Stutzen aufweist, an den sich das Abgasrohr anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem durch den Außenmantel (1) und den Stutzen (3) gebildeten Zylinderringraum des Schall­ dämpfers durch Verengungen des Abgas-Durchtrittsquer­ schnittes wenigstens eine von den Abgasen durchströmte Resonanzkammer gebildet ist.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalldämpfer an der Brennkammer (8) befestigt und zusammen mit der Brennkammer (8) aus dem Feuerraum (17) herausnehmbar ist.

3. Heizkessel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalldämpfer lösbar an der Brennkammer (8) befe­ stigt ist.

4. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Verengung des Abgas- Durchtrittsquerschnittes durch eine zwischen den Außen­ mantel (1) und den Stutzen (3) eingesetzte Schikane (2) gebildet ist.

5. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verengung des Abgas-Durch­ trittsquerschnittes durch radiale Eintrittsöffnungen in dem koaxialen zylindrischen Außenmantel (1) gebildet ist.

6. Heizkessel nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einstrittsöffnungen des Außenmantels (1) abgasrohrseitig von der Schikane (2) und das Ein­ trittsende des Stutzens (3) brennkammerseitig von der Schikane (2) angeordnet sind.

7. Heizkessel nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schikanen (2) in wählbarem gegenseitigem Abstand vorgesehen sind.

8. Heizkessel nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schikanen (2) mit Löchern (18) versehene Kreisringscheiben sind.

9. Heizkessel nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am Boden (6) der Brennkammer (8) koaxial eine Profilstange (4) vorgesehen ist, auf welcher der Stutzen (3) zur Befestigung des Schalldämpfers aufsteck­ bar ist.

10. Heizkessel nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den von den Abgasen durchströmten Resonanzkammern zwischen den Schikanen (2) in Strömungs­ richtung verlaufende, ein Raster bildende Trennwände vorgesehen sind.

11. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Schalldämpfer zugekehrten Seite des Bodens (6) der Brennkammer (8) eine wärmebeständige poröse Schalldämmschicht angeordnet ist.

12. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß schalldämpferseitig im Abstand von dem Boden (6) der Brennkammer (8) bzw. gegebenenfalls vor der an diesem Boden angeordneten Schalldämmschicht ein Lochblech angeordnet ist.

13. Heizkessel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem Lochblech und dem Boden (6) der Brennkammer (8) bzw. der Schalldämmschicht ein Raster bildende Trennwände aufweist.

14. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (8) brenner­ seitig durch eine kreisringförmige Blende (9) teilweise geschlossen ist.

15. Heizkessel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (9) bis maximal auf den Durchmesser der Flamme (13) des Brenners (12) geschlossen ist und Durch­ trittslöcher aufweist.

16. Heizkessel nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Blende an ihrem Innenumfang in die Brennkammer (8) hineinragende Strömungsleitkörper aus keramischem Material trägt.

17. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Brennkammer (8) mit axialem Abstand von deren brennerseitigem Ende eine Strahlungsplatte (10) befestigt ist, die den Feuerraum brennerseitig abschließt und gegebenenfalls den Brenner (12) zentriert.