CH687834A5

CH687834A5 - Schornstein- oder Lueftungsrohraufsatz.

Info

Publication number: CH687834A5
Application number: CH8094A
Authority: CH
Inventors: Gert Basten
Original assignee: Pva Patentverwertungsanstalt
Priority date: 1994-01-11
Filing date: 1994-01-11
Publication date: 1997-02-28
Also published as: EP0662587A2; EP0662587A3

Description

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CH 687 834 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Schornstein- oder Lüftungsrohraufsatz mit einer mit Abstand oberhalb der Schornstein- bzw. Rohraustrittsöffnung angeordneten scheibenförmigen Abdeckplatte.

Aus der DE-A 1 138 502 ist ein Schornsteinaufsatz dieser Art bereits bekannt, wobei bei diesem Aufsatz die Deckplatte als geschlossene bikonvexe Linse ausgebildet ist. Dieser Schornsteinaufsatz weist jedoch den Nachteil auf, dass er bei Windan-strömung je nachdem eine wesentliche Erhöhung des im Kaminrohr herrschenden Unterdruckes bewirkt, was bei den heutigen Öl- und Gasheizungsanlagen jedoch äusserst unerwünscht ist, da hohe Unterdrücke im Schornstein grosse Voluminaströme in letzterem bewirken und in Kombination mit stark variierenden Unterdrücken im Kaminrohr sich ungünstig auf den Wirkungsgrad der mit letzterem verbundenen Heizungsanlage auswirken.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist insbesondere die Schaffung eines Schornstein- oder Lüftungsrohraufsatzes, welcher den vorangehend angeführten gravierenden Nachteil nicht aufweist, das heisst, bei dem bei einer äusserst grossen Windan-strömunempfindlichkeit über einen möglichst grossen Anströmbereich ein möglichst konstanter Unterdruck und damit ein konstanter Volumenstrom im Schornstein erzielt wird, wobei der dabei vorliegende Unterdruck etwa gleich gross sein soll wie bei Normalanströmung des Schornsteins ohne den Aufsatz.

Diese Aufgabe wird bei einem Schornstein- oder Lüftungsrohraufsatz der eingangs genannten Art er-findungsgemäss nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterausgestaltungen des erfin-dungsgemässen Schornstein- oder Lüftungsrohraufsatzes sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 13.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch einen Vertikalschnitt durch eine erste beispielsweise Ausführungsform eines er-findungsgemässen, auf einem Schornsteinkopf aufgesetzten Aufsatzes;

Fig. 2 einen Grundriss des in Fig. 1 dargestellten Aufsatzes;

Fig. 3 den Druckbeiwert cp in Abhängigkeit des Anströmwinkels bei einem Schornstein ohne einen Aufsatz;

Fig. 4 den Druckbeiwert cp in Abhängigkeit des Anströmwinkels bei einem Schornstein mit einem Aufsatz gemäss den Fig. 1 und 2;

Fig. 5 schematisch einen Vertikalschnitt durch eine zweite beispielsweise Ausführungsform eines erfindungsgemässen, auf einem Schornsteinkopf aufgesetzten Aufsatzes;

Fig. 6 einen Grundriss des in Fig. 5 dargestellten Aufsatzes;

Fig. 7 schematisch einen Vertikalschnitt durch eine dritte beispielsweise Ausführungsform eines erfindungsgemässen, auf einen Schornsteinkopf aufgesetzten Aufsatzes; und

Fig. 8 einen Grundriss des in Fig. 7 dargestellten Aufsatzes.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Schornsteinaufsatz stellt die einfachste Ausführungsform eines erfindungsgemässen Aufsatzes dar.

Bei dieser Ausführungsform ist eine scheibenförmige Abdeckplatte 1 im Abstand h von einer auf dem Kaminkopf 2 befestigten Grundplatte 3 angeordnet, wobei die Abdeckplatte 1 über Stützen 4 mit der Grundplatte 3 verbunden ist.

Die Abdeckplatte 1 ist in Verlängerung der Längsaxe 5 der Schornsteinaustrittsöffnung 6 mit einer Mittel- oder Durchtrittsöffnung 7 versehen, wobei beide Öffnungen 6 und 7 zur weiteren Herabsetzung einer Durchfeuchtung des Kamins mit je einer Bordelkante 8 versehen sind.

Die Schomsteinmündung 6 und die Durchtrittsöffnung 7 ragt bei diesem Ausführungsbeispiel um ein Mass b im Bereich von 0,07 bis 0,14 - Di gebördelt über die Grundplatte 3 bzw. die Abdeckplatte 1 hinaus, und ferner wurden folgende Dimensionierungs-kriterien eingehalten, die alle auf Di bezogen werden:

D = 2,43 Di

Di = Schornsteindurchmesser bzw. hydraulischer Rohrdurchmesser.

h = 0,534 Di, wobei mit der Veränderung von h der Volumenstrom und der Druckbeiwert cp verändert werden kann.

Ö2 = 0,6 Di, wobei bei Vergrösserung von D2 der kritische Anströmwinkel sich verkleinert.

In Fig. 3 sind die Druckbeiwerte cp in Abhängigkeit des Windanströmwinkels a bei einem Schornstein ohne Schornsteinaufsatz aufgetragen.

Dabei gilt für den Druckbeiwert cp:

Pi - P2 Ap wobei

Pi = atmosphärischer Umgebungsdruck P2 = Druck im Schornsteinrohr q = Staudruck des Windes

Wie aus diesem in Fig. 3 dargestellten Diagramm ersichtlich, tritt bei einem Schornstein ohne Schornsteinaufsatz bei den Untersuchungsbedingungen bereits bei einem Anströmwinkel a von etwa -20° eine bei einer Heizanlage unzulässige Rückströ-mung auf. Der kritische Anströmwinkel ist der Winkel, ab dem im Schornsteinrohr durch Wind verursacht eine RückStrömung auftreten kann.

Fig. 4 zeigt die Druckbeiwerte cp in Abhängigkeit des Anströmwinkels a bei einem aussen eckigen Schornstein mit einem Schornsteinaufsatz gemäss den Fig. 1 und 2 bei ansonsten gleichen Prüfbedingungen.

Wie aus diesen Diagrammen ersichtlich, wird bei

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Verwendung dieses Schornsteinaufsatzes der maximale Anströmwinkel, bei dem noch keine Rückströ-mung auftritt, auf bis etwa -70° vergrössert, und zwar bei wesentlich geringeren Druckbeiwerten cp.

Zusätzlich wird bei Venwendung dieses Schornsteinaufsatzes die Gefahr einer Durchfeuchtung des Kamins durch Schlagregen wesentlich herabgesetzt.

Eine weitere Verbesserung der Windströmun-empfindlichkeit kann mit einer Ausführungsform eines Schornsteinaufsatzes gemäss den Fig. 5 und 6 erreicht werden, wobei für den Radius r der konvexen Oberfläche 10 der Wert r = 3,65 Di und für die übrigen Dimensionierungen die gleichen Verhältniswerte wie bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel angenommen wurden.

Eine nochmalige Verbesserung der Windanström-unempfindlichkeit kann mit einer Ausführungsform gemäss den Fig. 7 und 8 erreicht werden, wobei bei dieser Ausführungsform die Abdeckplatte 1 die Form einer durchbrochenen bikonvexen Linse aufweist, und für den Radius r = 3,65 Di angenommen wurde.

Dieser Schornsteinaufsatz stellt im Prinzip eine allseits offene Venturidüse dar, jedoch mit dem wesentlichen Unterschied, dass in der linsenförmigen Abdeckplatte 1 in Richtung der Schornsteinrohr-längsaxe 5 eine Durchtrittsöffnung 7 vorgesehen ist.

Ausserdem ist diese Durchtrittsöffnung 7 wie aus Fig. 7 deutlich ersichtlich, nach unten sich erweiternd ausgerundet, so dass bei einer Anströmung von oben die in diese Öffnung 7 eintretende Luft unter dem Einfluss des Coandaeffektes seitlich abgelenkt wird und dadurch eine weitere Verbesserung der Windanströmempfindlichkeit bewirkt.

Bei Windstille bewirkt diese Erweiterung der Durchtrittsöffnung 7 für die nach oben austretenden Abgase eine Verringerung des Strömungwiderstandes.

Bei einer solchen Ausführungsform liegt der maximale Anströmwinkel a, bei dem noch keine Rück-strömung im Schornstein auftritt, wie Versuche gezeigt haben, bei etwa -85°, und zwar bei relativ konstanten und relativ niedrigen Cp-Werten.

Längs dem Aussenumfang der durchbrochenen bikonvexen Linse 1 ist, wie aus Fig. 7 ersichtlich, eine Abtropfkante 11, und auf der Unterseite dieser Linse 1 im Bereich der Durchtrittsöffnung 7 eine ebenfalls eine Abtropfkante bildende Abtropfsicke 12 vorgesehen, wobei die letztere längs einem Kreis verläuft, der grösser als der Durchmesser der die Durchtrittsöffnung 6 in der Grundplatte 3 umgebenden Bordelkante 8 ist.

Wenn der durchbrochene linsenförmige Körper 1 hohl ausgebildet ist, dann kann es zweckmässig sein, die Abtropfsicke 12 über Bohrungen in der nach unten gewölbten Linsenwandung mit dem Innern dieses Hohlraumes zu verbinden, um einen ungehinderten Abfluss von allfälligem Kondenswas-ser aus dem Innern dieses Hohlkörpers zu ermöglichen.

Der Schornsteinaufsatz gemäss der eingangs angeführten DE-A 1 138 502 wurde damals so konzipiert, dass er bei Windanströmung eine wesentliche Vergrösserung des im Schornstein herrschenden

Unterdruckes gegenüber einem Schornstein ohne Schornsteinaufsatz bewirkte, um bei allen Anströmbedingungen eine Rückströmung im Schornstein sicher zu vermeiden, und wurde daher auch als Saugkopf benannt.

Da jedoch hohe Unterdrücke im Schornstein und die damit zwangsweise verbundenen grossen Voluminaströme im Schornstein sich äusserst ungünstig auf den Wirkungsgrad einer angeschlossenen Heizungsanlage auswirken, wird nun ein Schornsteinaufsatz vorgeschlagen, welcher unter Beibehaltung einer äusserst grossen Windanströmunempfindlich-keit den Nachteil hoher Unterdrücke bzw. grosser Voluminaströme im Schornstein nicht aufweist, und bei Änderung des Windanströmwinkels über einen grossen Winkelbereich annähernd gleiche Volumenströme im Schornstein bewirkt.

Die Druckbeiwerte liegen bei Verwendung des erfindungsgemässen Aufsatzes im Schornstein bei cp = 0,25 bis 0,4. Im Gegensatz dazu liegen die maximalen cp-Werte bei einem Schornsteinaufsatz gemäss der DE-A-1 1 138 502 mindestens doppelt so hoch.

Bei einem erfindungsgemässen Schornsteinaufsatz können die Unterdruckbeiwerte verglichen mit denjenigen eines Schornsteinaufsatzes gemäss der DE-A 1 138 502 von cp = 2 auf einen Wert cp = 0,2 bis 0,4 bei Auftreten eines Teilvolumenstromes gesenkt werden. Damit wird das gesetzte Ziel bezüglich des Unterdruckes und der damit zwangsweise verbundenen Volumenströme im Schornstein erfindungsgemäss erreicht; die Austrittsgeschwindigkeit der Abgase aus dem Schornstein liegen dabei bei ca. 2 m/s, was den Messungen an einem Schornstein mit 15 cm Durchmesser bei Vollast der Heizungsanlage und einer Abgastemperatur am Kessel von ca. 160°C entspricht.

Bei der Dimensionierung des erfindungsgemässen Schornsteinaufsatzes für einen rechteckförmi-gen Schornsteinquerschnitt wird die Seitenlänge dieses Querschnittes dem Durchmesser Di eines runden Schornsteinquerschnittes gleichgesetzt.

Claims

Patentansprüche

1. Schornstein- oder Lüftungsrohraufsatz mit einer mit Abstand oberhalb der Schornstein- bzw. Rohraustrittsöffnung (6) angeordneten scheibenförmigen Abdeckplatte (1), dadurch gekennzeichnet, dass die letztere (1) in Verlängerung der Längsaxe (5) der Schornstein- bzw. Rohraustrittsöffnung (6) mit einer Durchtrittsöffnung (7) versehen ist.

2. Aufsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vertikalabstand (h) der scheibenförmigen Abdeckplatte (1) von der Schornsteinbzw. Rohraustrittsöffnung (6) im Bereich von 0,3 bis 0,6 Di, vorzugsweise im Bereich von 0,48 bis 0,56 Di liegt, wobei Di dem Rohrinnendurchmesser entspricht.

3. Aufsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser (D) der scheibenförmigen Abdeckplatte (1) den Aussenab-messungen vom Schornsteinkopf entspricht, bei einem freistehenden Rohrschornstein oder Lüftungsrohr im Bereich von 2 bis 3 Di, vorzugsweise im

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4. Aufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser D2

der Durchtrittsöffnung (7) der scheibenförmigen Ab- 5 deckplatte (1) im Bereich von 0,5 bis 0,9 Di vorzugsweise im Bereich von 0,6 bis 0,8 Di liegt, wobei Di dem Rohrinnendurchmesser entspricht.

5. Aufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die scheibenförmige 10 Abdeckplatte (1) die Form einer durchbrochenen bikonvexen Linse aufweist.

6. Aufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schornsteinbzw. Rohraustrittsöffnung (6) sich innerhalb einer 15 nach oben konvexen Aussenf lache (10) befindet.

7. Aufsatz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexe Aussenfläche (10)

durch eine auf den Schornstein bzw. auf das Rohr

(2) aufgesetzte Grundplatte (3) gebildet wird. 20

8. Aufsatz nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der die Schornstein- bzw. Rohraustrittsöffnung (6) umgebenden Grundplatte (3) bzw. der konvexen Aussenfläche (10) mindestens annähernd dem Durchmes- 25 ser (D) der scheibenförmigen Platte (1) entspricht.

9. Aufsatz nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius (r) der konvexen Flächen grösser als der Durchmesser (D) der scheibenförmigen Abdeckplatte (1) 30 ist, und vorzugsweise bei mindestens etwa 1,5 D

und vorzugsweise im Bereich von 2,9 bis 4,1 Di liegt, wobei Di dem Rohrinnendurchmesser entspricht.

10. Aufsatz nach einem der Ansprüche 5 bis 9, 35 dadurch gekennzeichnet, dass alle Konvexflächen den gleichen Krümmungsradius (r) aufweisen.

11. Aufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnung (7) in der scheibenförmigen Abdeckplatte (1) 40 nach unten hin sich erweiternd ausgerundet ist.

12. Aufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schornsteinbzw. Rohraustrittsöffnung (6) und/oder die Durchtrittsöffnung (7) in der scheibenförmigen Abdeck- 45 platte (1) mit einer nach oben gerichteten Börde-

lung (8) versehen ist, die sich vorzugsweise um eine Distanz b im Bereich von 0,07 bis 0,14 Di über die umgebende Plattenoberfläche (3 bzw. 1) erstreckt. 50

13. Aufsatz nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass längs dem Aussenumfang der scheibenförmigen Abdeckplatte (1) und/oder auf der Unterseite der letzteren im Bereich der Durchtrittsöffnung (7) eine Abtropfkante (11 bzw. 12) vorgese- 55 hen ist, wobei die letztere längs einem Kreis verläuft, dessen Durchmesser grösser als der Durchmesser der die Durchtrittsöffnung (6) in der Grundplatte (3) umgebenden Bördelkante (8) ist.

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