CH674769A5 - - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung betrifft einen Heizkessel mit Schalldämpfer 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. Insbesondere in jüngster Zeit werden daher verstärkt Anstrengungen zur Geräuschdämpfung bei Heizungsanlagen unternommen. 



  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 schallabsorbierende Schicht besteht aus einem von einem Lochblech abgedeckten hitzebeständigen Fasermaterial. Die  verhältnismässig kleine Fläche dieser schallabsorbierenden Schicht ermöglicht nur eine geringe Schalldämpfung. Weiter ist es bekannt, in das Abgasrohr Schalldämpfer einzusetzen, die aus einem Rohrstutzen bestehen, der mit einer ähnlich aufgebauten schallabsorbierenden Schicht ausgekleidet ist. Durch Verlängerung dieses Schalldämpfers lässt sich die schallabsorbierende Fläche vergrössern und dadurch die Schalldämpfung 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-Frequenzbereich wirksam. Bei Schallwellen unter 1000 Hz nimmt der Wirkungsgrad dieser Schalldämpfer stark ab. Bei den Feuerungen der Heizungsanlagen treten jedoch im Frequenzbereich etwa 60 bis 500 Hz besonders hohe Schalldrücke auf, die als besonders unangenehm empfunden werden. 



  Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen kostengünstigen Schalldämpfer für einen Heizkessel zu schaffen, der insbesondere im Bereich niedriger Frequenzen unterhalb von 500 bis 1000 Hz gute Dämpfungseigenschaften aufweist. 



  Diese Aufgabe wird bei einem Heizkessel mit Schalldämpfer der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1. 



  Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in  den abhängigen Ansprüchen 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 Schallwellen wirksam, so dass sich eine besonders hohe Dämpfung im Frequenzbereich von 60 bis 700 Hz ergibt. 



  Die Querschnittverengung kann mit äusserst einfachen und kostengünstigen Mitteln hergestellt werden, indem ein Schalldämpferrohr in den Abgasrohr-Anschlussstutzen des Heizkessels eingesetzt wird. Eine Zentrierscheibe dichtet dabei den Durchtrittsquerschnitt des Abgasrohres bzw. Abgasrohr-Anschlussstutzens rings um 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 möglich, den Schalldämpfer in einfacher Weise zur Reinigung herauszuziehen. 



  Bei Gussheizkesseln kann das Schalldämpferrohr auch einstückig mit den Abgasrohr-Anschlussstutzen gegossen werden. Die Herstellungskosten des Heizkessels erhöhen  sich dadurch nicht. Diese Ausführungsform eignet sich allerdings weniger für eine Nachrüstung. 



  In einer für die Nachrüstung besonders geeigneten Ausführungsform sitzt das Schalldämpferrohr in einem Rohrstutzen, 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 Querschnittsverengung arbeitet, bewirkt bereits ein kurzes Schalldämpferrohr eine erhebliche Dämpfung. Der Einbau eines solchen mit einem Schalldämpferrohr versehenen Rohrstutzens ist daher von den Abmessungen nicht problematisch. 



  Das Querschnittsverhältnis 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 Querschnitt des Abgasrohres. Eine Grenze nach unten ergibt sich dadurch, dass bei einem zu kleinen Querschnitt des Schalldämpferrohres der Strömungswiderstand des Schalldämpferrohres gross wird, so dass u.U. ein zu starker Druckverlust an dem Schalldämpferrohr auftreten kann, der hauptsächlich durch die Stossverluste an den Querschnittssprüngen gegeben ist. Der Druckverlustanteil durch die Rohrreibung ist wegen der relativ kleinen Rohr-Lauflänge vernachlässigbar gering; die Schalldämpfung 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 Betriebsbedingungen 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 0,1 bis 0,7 und vorzugsweise von 0,2 bis 0,5 bewährt. Die Länge des Schalldämpferrohres kann vorzugsweise zwischen 50 mm und 300 mm liegen. 



  Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: 
 
   Figur 1 einen Axialschnitt durch einen Heizkessel mit Schalldämpfer gemäss der Erfindung, 
   Figur 2  einen Axialschnitt durch eine zweite Ausführungsform mit einem in einen Rohrstutzen eingesetzten Schalldämpfer, 
   Figur 3  einen Querschnitt gemäss der Linie I-I in Figur 2, 
   Figur 4  einen Axialschnitt eines an einen Heizkessel angesetzten Schalldämpfers einer dritten Ausführungsform und 
   Figur 5  in einer grafischen Darstellung die Abhängigkeit des Einfügungsdämmasses in Abhängigkeit vom Querschnittsverhältnis zwischen Schalldämpferrohr und Abgasrohr für unterschiedliche Längen des Schalldämpferrohres. 
 



  Das in Figur 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel zeigt einen herkömmlichen Heizkessel, dessen wasserdurchströmter Kesselkörper 1 aus Stahlblech geschweisst ist. In dem 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 hinteren Kesselrückwand 3 ist ein Abgasrohr-Anschlussstutzen 4 vorgesehen, auf welchen das Abgasrohr 5 aufgeschoben wird. Der Durchmesser des Abgasrohr-Anschlussstutzens und der Durchmesser D des Abgasrohres sind in der Regel genormt (DIN 1298). 



  In den Abgasrohr-Anschlussstutzen 4 ist ein Schalldämpfer eingesetzt, der aus einem Schalldämpferrohr 8 besteht, welches durch zwei kreisringförmige Zentrierscheiben 7 koaxial in dem Abgasrohr-Anschlussstutzen 4 gehalten wird. Der axiale Abstand der beiden Zentrierscheiben 7 entspricht im wesentlichen der axialen Länge des Abgasrohr-Anschlussstutzens 4, so dass das Schalldämpferrohr 8 stabil in dem Abgasrohr-Anschlussstutzen 4  gehalten ist. Das rückwärtige Ende des Abgasrohr-Anschlussstutzens 4 weist einen nach innen eingebördelten Rand auf, der als Anschlag 9 für die hintere Zentrierscheibe 7 dient. Die Zentrierscheiben 7 dichten den Durchtrittsquerschnitt zwischen dem Abgasrohr-Anschlussstutzen 4 und dem Schalldämpferrohr 8 ab.

   Wenn die Brennkammer aus dem Feuerraum des Heizkessels herausgenommen ist, kann auch der Schalldämpfer aus dem Abgasrohr-Anschlussstutzen 4 zur Reinigung herausgezogen werden. 



  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 gegenüber 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 Strömungsrichtung der Verbrennungsgase vor dem Eintritt in  das Schalldämpferrohr 8 noch verstärkt wird. 



  In dem Ausführungsbeispiel der Figuren 2 und 3 ist der Schalldämpfer in einem Rohrstutzen angeordnet, der zwischen den Abgasrohr-Anschlussstutzen 4 eines herkömmlichen Heizkessels und das Abgasrohr 5 eingesetzt wird. Der Rohrstutzen besteht aus zwei Zylinderhalbschalen 10 und 11, die z.B. mit Augenschrauben bzw. Klappschrauben 12 miteinander verspannt sind. 



  Der Schalldämpfer besteht auch hier aus einem Schalldämpferrohr 8, das mit zwei Zentrierscheiben 7 verschweisst ist. Nach dem Auseinanderklappen der Zylinderhalbschalen 10 und 11 des Rohrstutzens kann der aus dem Schalldämpferrohr 8 und den Zentrierscheiben 7 bestehende Schalldämpfer aus dem Rohrstutzen zur Reinigung entnommen und wieder eingelegt werden. 



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



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



  In Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welchem der Schalldämpfer in Verbindung mit einem Gussheizkessel vorgesehen ist. An das letzte vom Kesselwasser 14 durchströmte Kesselglied 13 ist ein Gusssammelkasten 16 angeschlossen, in welchem die Abgase entsprechend 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 Schalldämpferrohr 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 Figuren 4 lässt ein Nachrüsten zu, in dem der Sammelkasten 16 eines herkömmlichen Gusskessels gegen den erfindungsgemässen mit dem Schalldämpfer versehenen Sammelkasten 16 ausgetauscht wird. 



  Die Schalldämpfung durch den erfindungsgemässen Schalldämpfer geht aus den Messkurven der Figur 5 hervor. Das Einfügungsdämmass DE, 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 L1 = 50 mm, L2 = 100 mm und L3 = 300 mm gezeigt. Es ist deutlich erkennbar, dass mit zunehmender Verringerung des Durchmessers des Schalldämpferrohres 8 die Schalldämpfung stark ansteigt und dass mit abnehmender Länge des Schalldämpferrohres 8 die Schalldämpfung abnimmt. 



  Je kleiner das Querschnittsverhältnis von Schalldämpferrohr 8 zu Abgasrohr 5 wird und je länger das Schalldämpferrohr 8 wird, um so stärker steigt allerdings auch der Strömungswiderstand des Schalldämpferrohres und damit der durch den Schalldämpfer erzeugte Druckverlust an. Wie das Diagramm der Figur 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 Schalldämpfer zu gross. Ist das Querschnittsverhältnis grösser als etwa 0,7, so ergibt sich keine erhebliche Schalldämpfung mehr. Um eine wirksame Schalldämpfung zu erzielen, sollte daher das Querschnittsverhältnis möglichst kleiner 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 (12)

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 Querschnitt vorgesehen ist.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasdurchtrittsabschnitt ein ringsum abgedichtetes zum Abgasrohr (5) koaxiales Schalldämpferrohr (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-Anschlussstutzen (4) des Heizkessels eingesetzt ist.

5.

Heizkessel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalldämpferrohr (8) mit den Zentrierscheiben (7) lösbar in den Abgasrohr-Anschlussstutzen (4) eingeschoben ist.

6. Heizkessel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalldämpferrohr (8) mit einer Zentrierscheibe (7) zusammen mit dem Abgasrohr-Anschlussstutzen (17) des Heizkessels ein einstückiges Gussteil 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 Feuerraum 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 verlängerten Aussenmantel hineinragt.

9.

Heizkessel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalldämpferrohr (8) mit wenigstens zwei Zentrierscheiben (7) in einen zwischen den Abgasrohr-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 Querschnittsverhältnis von Schalldämpferrohr (8) zu Abgasrohr (5) zwischen 0,1 und 0,7 vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,5 liegt.

12. Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalldämpferrohr (8) eine Länge von 50 mm bis 300 mm aufweist.