CH673521A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Heizkessel dieser Art mit Öl- oder Gasbrenner werden im 20 Leistungsbereich von 10 bis 100 kW eingesetzt. Die Kessel werden mit heisser Brennkammer mit sogenannter Umkehrflamme betrieben. Der Brenner feuert in die zylindrische, topfförmige Brennkammer, die vorzugsweise aus Edelstahl besteht. Die Brennkammer umschliesst die Flamme und nimmt, da sie nicht 25 gekühlt ist, eine hohe Temperatur zwischen etwa 800 und 1100°C an. Dadurch ergibt sich eine rückstandslose Verbrennung des Brennstoffes. Die heissen Rauchgase strömen in der Brennkammer entgegengesetzt zur Flamme zurück. Nach einer nochmaligen Richtungsumkehr werden die Abgase in dem 30 Ringspalt zwischen der Brennkammer und der Feuerraumwand zu dem Abgasrohr geführt. Die Wärmeübertragung erfolgt einerseits durch Strahlung von der Brennkammer auf die Feuerraumwand und andererseits insbesondere durch Wärmeaustausch zwischen den Abgasen und der vorzugsweise gerippten 35 Feuerraumwand.

Bei der Verbrennung, insbesondere bei der Verbrennung von Öl in den thermisch hochbelasteten Brennkammern, entstehen durch die verstärkte Verbrennungsreaktion impulsartige Schallwellen, die insbesondere auch durch den Kamin austreten 40 und zu einer Lärmbelästigung in der Umgebung führen.

Diese Schalldruckwellen werden teilweise von den gerippten Heizflächen der Feuerraumwand absorbiert. Zur weiteren Verringerung der Lärmbelästigung ist es bekannt, in dem Abgasrohr des Kessels einen Absorptionsschalldämpfer in Form einer 45 porösen Auskleidung des Abgasrohres und/oder einen Relaxationsschalldämpfer in Form von Querrippen vorzusehen. Diese Schalldämpferausführungen sind im wesentlichen nur bei Schallwellen im kHz-Frequenzbereich wirksam. Um Schallwellen geringerer Frequenz merklich zu dämpfen, müssten diese so Schalldämpfer und damit das Abgasrohr eine grosse Länge aufweisen, die in der praktischen Anwendung nicht möglich ist. Besonders hohe Schalldrücke treten jedoch im Frequenzbereich von etwa 60 bis 600 Hz auf, in welchem diese bekannten Schalldämpfereinrichtungen wenig wirksam sind.

55 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Heizkessel der eingangs genannten Art eine Schalldämpfung auch im Frequenzbereich unter 500 Hz durch Massnahmen zu bewirken, die in den Heizkessel integrierbar sind und dessen Bauabmessungen nicht vergrössern.

60 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Erfindungsgemäss ist der Heizkessel durch die Merkmale 65 des Patentanspruches I gekennzeichnet. Der Schalldämpfer ist somit vollständig in den Heizkessel integriert und vergrössert die Abmessungen des Heizkessels nicht. Insbesondere ist es auch möglich, bei einem bestehenden Heizkessel die vorhande-

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ne 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 Brennkammer befestigt, so wird dadurch die Reinigung des Schalldämpfers weiter erleichtert.

Der Schalldämpfer wird von den Abgasen durchströmt und lenkt diese dabei um. Dadurch ergibt sich eine Dämpfung insbesondere im niedrigen Frequenzbereich unter 500 Hz. Vorzugsweise weist der Schalldämpfer einen zur Brennkammer koaxialen zylindrischen Aussenmantel auf, der im wesentlichen den Mantel der Brennkammer verlängert, die Abgase treten durch Eintrittsöffnungen in diesen Aussenmantel ein, strömen durch kreisscheibenförmige Schikanen und gelangen in einen konzentrischen Stutzen, der in das Abgasrohr führt. Vorzugsweise ragt der Stutzen koaxial in den Aussenmantel hinein, so dass zwischen dem Aussenmantel und dem Stutzen ein Zylinderringraum gebildet wird, der durch die kreisringförmigen Schikanen in wenigstens eine Ringkammer unterteilt ist. Diese Ringkammern bilden Resonanzräume für die Druckwellen der durchströmenden Abgase, die zu einer starken Dämpfung im niedrigen Frequenzbereich führen.

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 Modul-Bauweise von Brennkammer und Schalldämpfer ermöglicht eine kostengünstige Fertigung des vielseitig modifizierbaren 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 Resonanzhohlraum 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 die zwischen den Schikanen gebildeten Resonanzhohlräume durch in Strömungsrichtung der Abgase, d.h. in Axialrichtung, verlaufende Trennwände kassettenförmig unterteilt sind.

In einer zweckmässigen Ausführungsform der Erfindung ist die brennerseitige Öffnung der Brennkammer ausserdem durch eine kreisringförmige Blende teilweise verschlossen. Diese Blende kann bis auf den Flammendurchmesser des Brenners verengt sein. Die heissen Verbrennungsgase treten durch Löcher dieser Blende aus der Brennkammer aus. Die Blende verstärkt die Re-zirkulation der heissen Verbrennungsgase, was für eine vollständige, rückstandslose Verbrennung förderlich ist. Weiter unterbricht die Blende zumindest teilweise die Ausbreitung der Schallwellen aus der Brennkammer in den Ringspalt zwischen Brennkammer und Feuerraumwand und begünstigt dadurch die Schalldämpfung.

Eine weitere Verbesserung der Schalldämpfung ist durch eine Strahlungsplatte möglich, die brennerseitig an der Brennkammer 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 Schallwellen teilweise in die Brennkammer zurück, so dass die Dämpfungswirkung der Brennkammern gefördert wird. Die die Brennkammer teilweise abschliessende Blende und die Strahlungsplatte,

die die aus der mittigen Öffnung der Blende austretenden Schallwellen teilweise reflektiert, bewirken aufgrund des grossen Volumens der Brennkammer eine Dämpfung insbesondere im sehr niedrigen Frequenzbereich von etwa 30 bis 60 Hz. 5 Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt eines Heizkessels und

Fig. 2 einen Querschnitt des Heizkessels gemäss der Linie I-I io in Figur 1.

Der im Ausführungsbeispiel dargestellte Heizkessel weist einen kreiszylindrischen Feuerraum auf, dessen Feuerraumwand 17 aus einem Gussrohr mit nach innen gerichteten axial verlaufenden Rippen 14 besteht. Die Feuerraumwand 17 ist von dem 15 Wasserraum 15 des Heizkessels umschlossen. An der einen Stirnwand des Feuerraumes ist konzentrisch ein Brenner 12 angeordnet, der ein Öl- oder Gasbrenner sein kann. An der entgegengesetzten Stirnwand des Feuerraumes mündet ein Abgasrohr 16, das an einen Kamin angeschlossen wird. Insofern ist der 20 Heizkessel in herkömmlicher Weise aufgebaut.

In dem Feuerraum ist eine kreiszylindrische Brennkammer 8 aus Edelstahl mit topfförmig geschlossenem Boden 6 eingesetzt. An dem Boden 6 ist im Inneren der Brennkammer 8 ein scheibenförmiges feuerfestes Formteil 7 z.B. aus Keramikfaser ein-25 gesetzt, um den Boden 6 vor dem unmittelbaren Auftreffen der Brennerflamme 13 zu schützen. Die heissen Verbrennungsgase 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 30 Brennkammer 8 und der Feuerraumwand 17 gebildeten Ringspalt zu dem Abgasrohr 16. Dabei geben die Abgase über die Wärmetauscherflächen der Rippen 14 und der Feuerraumwand 17 ihre Wärme an das Wasser in dem Wasserraum 15 ab.

Im Gegensatz zu den herkömmlichen Heizkesseln erstreckt 35 sich die Brennkammer 8 jedoch nicht über die gesamte axiale Länge des Feuerraumes, sondern nimmt nur einen Teil der axialen Länge ein, der je nach Kesseltyp etwa 1/2 bis 3/4 der Länge des Feuerraumes beträgt. In dem zwischen dem Boden 6 der Brennkammer 8 und der das Abgasrohr 16 aufnehmenden 40 Stirnwand verbleibenden Teil des Feuerraumes 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 45 ein rohrförmiger Stutzen 3 angeordnet, der in das Abgasrohr 16 einführbar ist und brennkammerseitig in einem axialen Abstand von dem Boden 6 endet. An die Stirnwand des Feuerraumes angrenzend ist der Aussenmantel 1 mit dem Stutzen 3 über eine geschlossene Kreisringscheibe dicht verbunden, wobei eine zwi-50 sehen diese Kreisringscheibe und die Stirnwand des Feuerraumes eingesetzte Isolierschicht 5 dazu dient, einerseits den Ringspalt zwischen Feuerraum wand 17 und Aussenmantel 1 gegen das Abgasrohr 16 abzudichten und andererseits eine Wärmeübertragung von dem Aussenmantel 1 auf die Stirnwand des 55 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 Aussenmantel 60 1 und Stutzen 3 gebildeten Zylinderringraum in zwei ringförmige Resonanzkammern. Zwischen der der Brennkammer 8 zugewandten Schikane 2 und dem Boden 6 der Brennkammer wird eine dritte Kammer gebildet, die über den Stutzen 3 mit dem Abgasrohr 16 in Verbindung steht.

65 Die von der Brennkammer 8 kommenden heissen Abgase strömen von dem Ringspalt zwischen der Brennkammer 8 und der Feuerraum wand 17 über radiale Eintrittsöffnungen im Aussenmantel 1 in die abgasrohrseitige erste ringförmige Resonanz

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kammer, durch die Löcher 18 der ersten Schikane in die zweite ringförmige Resonanzkammer und 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 Strömungsrichtung bewirkt eine starke Dämpfung der durch die Abgase übertragenen Schalldruckwellen.

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

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bilden der Aussenmantel 1, die Schikanen 2 und der Stutzen 3 eine komplette Baueinheit, die lösbar am Boden 6 der Brennkammer 8 befestigt 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 Brennkammer entfernt werden, was dessen Reinigung erleichtert. Ebenso kann der Schalldämpfer zur Anpassung an den speziellen Frequenzverlauf der Schallwellen der Feuerung ausgetauscht 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 Strömungsrichtimg der Abgase, d.h. achsparallel, verlaufen.

Eine weitere Verbesserung der Dämpfung ist möglich, wenn schalldämpferseitig auf dem Boden 6 der Brennkammer 8 zusätzlich eine Dämmschicht aus einem porösen, wärmefesten Material, z.B. aus Keramikfaser oder Kunststoff, vorgesehen ist. Dadurch ergibt sich eine zusätzliche Absorptionsdämpfung 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 zusätzlicher Resonanzraum. Dieser Resonanzraum kann ausserdem auch durch kassettenförmig angeordnete Trennwände un-5 terteilt sein. Ein solcher Resonanzraum ist insbesondere im mittleren Frequenzbereich 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 io statt. Diese Schalldämpfung wird dadurch verstärkt, dass die brennerseitige Öffnung der Brennkammer 8 durch eine kreisringförmige 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 15 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 Verbren-20 nung aus und erhöht die Dämpfungswirkung der Brennkammer 8 im niedrigen Frequenzbereich.

Am brennerseitigen Ende der Brennkammer 8 ist weiter über axiale Distanzstücke 11 eine Strahlungsplatte 10 angebracht. Die Strahlungsplatte 10 verschliesst den Feuerraum 25 brennerseitig, wenn die Brennkammer 8 in den Feuerraum eingeschoben ist. Die Strahlungsplatte 10 weist eine zentrische Öffnung für den Brenner 12 auf und dient somit gleichzeitig zur Zentrierung des Brenners 12. Die Strahlungsplatte 10 reflektiert die durch die mittige Öffnung der Blende 9 aus der Brennkam-30 mer 8 austretenden Schallwellen zumindest teilweise in die Brennkammer 8 zurück und verbessert somit die Dämpfungswirkung im niedrigen Frequenzbereich zusätzlich.

Die Anzahl und der Querschnitt der Durchtrittslöcher in der Blende 9 der radialen Eintrittsöffnungen im Aussenmantel 1 des 35 Schalldämpfers und der Löcher 18 in den Schikanen 2 bestimmt sich im wesentlichen aus den Erfordernissen des Strömungswiderstandes und der Schalldämpfung.

Am Innenumfang der Blende 9 können Strömungsleitkörper 40 aus keramischem Material angeordnet sein, die in die Brennkammer 8 hineinragen. Die Strömungsleitkörper bewirken eine gleichmässige Verteilung der Verbrennungsgase bei der Rezirkulation und verbessern dadurch zusätzlich die Verbrennung.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (17)

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1. Heizkessel mit einem Feuerraum, in dessen einer Stirnwand ein Brenner und dessen entgegengesetzter Stirnwand ein Abgasrohr angeordnet sind, mit einer im wesentlichen zylindrischen, einseitig geschlossenen Brennkammer, die mit radialem Abstand koaxial in den Feuerraum einsetzbar ist, und mit einer Schalldämpfungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass als Schalldämpfungseinrichtung zwischen den Boden (6) der Brennkammer (8) und der abgasrohrseitigen Stirnwand des Feuerraumes ein von den Abgasen durchströmter, diese umlenkender Schalldämpfer vorgesehen 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.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Heizkessel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalldämpfer lösbar an der Brennkammer (8) befestigt ist.

4. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalldämpfer von den Abgasen durchströmte Kammern aufweist, die durch Schikanen (2) voneinander getrennt sind.

5 kammer (8) hineinragende Strömungsleitkörper aus keramischem Material trägt.

5. Heizkessel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalldämpfer einen zu der Brennkammer (8) koaxialen zylindrischen Aussenmantel (1) mit radialen Eintrittsöffnungen, einen sich an das Abgasrohr (16) anschliessenden Stutzen (3) und kreisscheibenförmige Schikanen (2) aufweist.

6. Heizkessel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenmantel (1) und der Stutzen (3) einen Zylinderringraum bilden, der von wenigstens einer kreisringförmigen Schikane (2) axial unterteilt ist, wobei die Eintrittsöffnungen des Aussenmantels (1) abgäsrohrseitig von der Schikane (2) und das Eintrittsende des Stutzens (3) brennkammerseitig von der Schikane (2) angeordnet sind.

7. Heizkessel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schikanen (2) in wählbarem gegenseitigem Abstand vorgesehen sind.

8. Heizkessel nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schikanen (2) mit Löchern (18) versehene Kreisringscheiben sind.

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

10. Heizkessel nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den von den Abgasen durchströmten Räumen zwischen den Schikanen (2) in Strömungsrichtung verlaufende, kassettenförmig angeordnete 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 kassettenförmig angeordnete Trennwände aufweist.

14. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (8) brennersei-tig 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 Durchtrittslöcher aufweist.

16. Heizkessel nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende an ihrem Innenumfang in die Brenn-

17. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Brennkammer (8) mit axialem Abstand von deren brennerseitigem Ende eine Strah-

lo lungsplatte (10) befestigt ist, die den Feuerraum brennerseitig abschliesst und gegebenenfalls den Brenner (12) zentriert.