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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein brennstoffbeheiztes Heizgerät gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.
Solche brennstoffbeheizten Heizgeräte sind in einer Vielzahl, insbesondere als Umlaufwasserheizer, bekanntgeworden. Sie dienen dazu, das Wasser einer Heizungsanlage für eine Raumheizung zu erwärmen und teilweise zusätzlich dazu oder alternativ hierzu warmes Gebrauchswasser zu erzeugen. Die brennstoffbeheizten Heizgeräte weisen einen entweder unten- oder als Sturzbrenner ausgebildeten, dann obenliegenden, Brenner auf, der in einer Brennkammer ein Gas-Luft-Gemisch verbrennt, das anschliessend durch einen Wärmetauscher geleitet wird und durch eine Abgasleitung in die Atmosphäre gelangt.
Die Gebläsebrenner sind entweder so gestaltet, dass das Gebläse zuluftseitig angeordnet ist und entweder nur Luft fördert, der dann das zu verbrennende Gas beigemischt wird, oder das Gebläse ist in der Abgasleitung angeordnet und saugt das Gas-Luft-Gemisch durch den Brenner und den Wärmetauscher hindurch.
Im Zuge der Weiterentwicklung solcher Geräte versuchte man, die Leistungsdichten der Brenner zu erhöhen, das heisst, die Leistungsausbeute in kW pro Flächeneinheit des Brenners permanent zu erhöhen.
Es hat sich hierbei gezeigt, dass dann Schwingungen auftreten, die im hörbaren Bereich liegen und dem Aufsteller und Betreiber eines solchen Heizgerätes erheblich stören können, wenn ein solches Gerät, was öfter vorkommt, in einem Wohnraum plaziert wird.
Aus der DE 28 51 248 A1 ist es bekanntgeworden, die Wand einer Brennkammer mit einer nachgiebigen Auskleidung zu versehen, wobei die Brennkammer selbst starr bleibt. Die US-53 44 308 A lehrt der Brennkammer, eine Vielzahl von Löchern in bestimmtem Abstand vom Brenner anzuordnen. Die US 44 76 850 A zeigt einen Schalldämpfer am Wärmetauscher für ein Verbrennungssystem, der durch eine Mehrzahl von seitlich anliegenden Wärmetauschelementen dargestellt ist.
Im übrigen werden in der EP 35 153 A1 die Schallentstehungsmechanismen in Verbrennungsgeräten analysiert.
Der vorliegenden Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, Massnahmen zu treffen, solche Schwingungsgeräusche bei Brennern so wesentlich herabzusetzen oder auszuschalten, dass der Betrieb der Heizgeräte auch in Wohnräumen möglich wird.
Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einem brennstoffbeheizten Heizgerät der eingangs näher bezeichneten Art erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs.
Durch die generelle Nachgiebigkeit eines Teils des Gemischführungs- oder Abgasführungsweges wird es möglich, die entstehenden Schwingungen beim Verbrennungsvorgang so weit zu dämpfen, dass die Schwingung nicht mehr hörbar wird. Dies ist unabhängig davon möglich, wo das Gebläse angeordnet ist und ob es als Druck- oder Sauggebläse arbeitet. Die Massnahme ist weiterhin unabhängig davon, ob es sich bei dem Heizgerät um ein nicht die latente Wärme der Abgase ausnutzendes Heizgerät oder auch um ein Kondensationsgerät handelt.
Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
In den nachfolgend abgehandelten Fig. der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher behandelt.
Es bedeuten :
Fig. 1 eine erste Variante der Erfindung,
Fig. 2 eine abgeänderte Variante der Erfindung,
Fig. 3 eine erste Möglichkeit der Ausführung der Membranen,
Fig. 4 und 5 eine Variante dieser Ausführung,
Fig. 6 eine weitere Variante dieser Ausführung,
Fig. 7 eine vierte Variante der Ausführung und
Fig. 8 eine weitere Möglichkeit zur Ausbildung der Membran.
In allen acht Fig. bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.
Ein brennstoffbeheiztes Heizgerät 1 weist ein Aussengehäuse 2 auf, das technisch dicht ist mit Ausnahme einer Öffnung 3, in der eine Frischluftleitung 4 und eine Abgasleitung 5 durchtritt. Zwischen beiden Leitungen verbleibt ein Spalt 6, durch den Frischluft in den Innenraum 7 des Gehäuses 2 gelangt.
Aus dem Innenraum 7 des Gehäuses 2 wird Luft über eine Öffnung 8 in einen Luftkanal 9 angesaugt. An einer Seite des Luftkanals ist eine Gasarmatur 10 angeordnet, der Gas über eine Gasleitung 11 zugeführt ist. In der Gasarmatur befindet sich unter anderem ein Gasventil, das von einer nicht dargestellten Steuerung geöffnet, geschlossen und in beliebige Zwischenstellungen modulierend eingestellt werden kann.
Die somit festgelegte Gasmenge pro Zeiteinheit gelangt durch eine Öffnung 12 in den Innenraum 13 des Luftkanals 9, der somit stromab der Öffnung 12 als Gas-Luft-Gemisch-Kanal aufzufassen ist.
Das der Öffnung 8 abgewandte Ende des Gemischkanals gelangt in einen Innenraum 14 einer Brenneroberhaube 15, in der die Gemischbildung zwischen Gas und Luft vervollkommnet wird. Es wird an
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dieser Stelle darauf hingewiesen, dass als Gas sowohl Flüssiggas, Erdgas wie auch Stadtgas als auch eine vergaste Flüssigkeit dienen kann (Ölbrenner).
Die Brennerrohre 15 sind auf der dem Luftrohr 9 abgewandten Seite durch eine Brennerplatte 16 abgeschlossen, die eine Vielzahl von'Gas-Luft-Gemisch-Durchtrittsöffnungen aufweist. Diese Brennerplatte kann als Metallplatte ausgebildet sein und mit einer Vielzahl von Bohrungen versehen sein, sie kann weiterhin als Keramikplatte gestaltet sein und auch in dieser Ausgestaltung Bohrungen oder Löcher aufweisen, sie kann als Vlies ausgebildet sein oder als Gewebe aus Draht-und/oder Keramikfaser. An der Unterseite dieser Brennerplatte 16 verbrennt das Gas-Luft-Gemisch im Innenraum 17 einer Brennkammer 18, die eine Aussenwandung 19 aufweist. Unterhalb der Brennkammer schliesst sich ein Wärmetauscher 20 an, der von einer Aussenwandung 21 umgeben ist.
Generell ist zu sagen, dass die Aussengestalt der Brenneroberhaube 15 und der Aussenwandung 19 und 21 von Brennkammer und Wärmetauscher zylin- drisch, keglig oder poligon sein kann. In Frage kommen im wesentlichen eine zylindrische oder eine Vierkantausbildung mit abgerundeten Ecken.
Der Wärmetauscher 20 besteht aus einer Mehrzahl in einer oder mehreren Etagen aufgebauter mit Lamellen 22 versehenen Wasserrohre 23, die über aussen angeordnete Sammelkammer 24 miteinander parallel und/oder in Serie verbunden sind. Dieser Wärmetauscher ist an eine Vor- und Rücklaufleitung 25 beziehungsweise 26 angeschlossen, wobei in einer der beiden Leitungen eine Heizungsumwälzpumpe 27 angeordnet ist.
Unterhalb der Rohre 23 des Wärmetauschers 20 befindet sich ein Abgassammler 25, der mit einer Abgasleitung 29 verbunden ist. In dieser befindet sich ein von einem Motor 30 angetriebenes Abgasgebläse 31. Der Druckstutzen des Abglasgebläses ist mit der Abgasleitung 5 verbunden.
Um die im Bereich der Brennerplatte 16 auftretenden Schwingungen zu dämpfen, ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, die Wandung des Druckstutzens 32 des Abgasgebläses mit einer nachgiebig gestalteten Stelle 33 zu versehen. Dies kann dadurch geschehen, dass ein Loch in den Druckstutzen 32 eingearbeitet wird, der mit einer Membran verschlossen ist. Dies kann auch dadurch geschehen, dass ein Teil oder der gesamte Abgasstutzen zum Beispiel durch einen Wellschlauch gebildet ist.
Die Variante der Erfindung gemäss Fig. 2 besteht darin, dass das Gebläse 31 nunmehr im Zuluftweg angeordnet ist, so dass also das Gemisch aus vergastem Brennstoff und Luft unter Druck - und nicht unter Unterdruck gegenüber der Atmosphäre wie im Rahmen der Fig. 1 - dem Innenraum 14 der Brennerhaube 15 zugeführt wird. Ferner handelt es sich beim Gegenstand der Fig. 2 in Abwandlung von dem der Fig. 1 um ein Kondensationsheizgerät. Hier ist es möglich, die nachgiebige Wandung sowohl im Bereich der Oberhaube 15 wie auch im Bereich der Wandung 19 der Brennkammer 18 als auch im Bereich der Wandung 21 des Wärmetauschers 20 wie auch im Bereich der Wandung 40 des Abgassammlers 28 und auch schlussendlich im Bereich der Wandung 41 der Abgasleitung 29 vorzusehen.
Die Nachgiebigkeit wird im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels dadurch gestattet, dass entweder die gesamte Wandung der genannten Teile oder Teile der Wandungen durch ein nachgiebiges Material gebildet sind. Hier ist es auch wieder möglich, in die Wandungen Löcher einzuarbeiten, die zum Beispiel von Membranen abgedeckt werden. Diese Membranen sind mit dem Bezugszeichen 42 bezeichnet und beispielhaft an den erwähnten Teilen angeordnet. Es besteht die Möglichkeit, an den eingezeichneten Stellen jeweils eine Membran vorzusehen, es können auch an unterschiedlichen Stellen je eine Membran oder an einer oder mehreren Stellen mehrere Membranen vorgesehen sein. Die Grösse der Membranen hängt von der Frequenz und der Grösse der Schalldrücke der zu dämpfenden Schwingung ab.
Im Rahmen der Fig. 3 bis 8 sind nun Ausbildungsmöglichkeiten für die nachgiebige Wandgestaltung im einzelnen dargestellt. So bezeichnet 43 generell ein Wandteil entweder des Gemischkanals, der Oberhaube, der Brennkammer, der Wärmetauscherwand, der Abgassammlerwand oder der Abgasleitungswand mit einer Innenseite 44, die entweder dem Gemisch-oder Abgaskanal zugewandt ist und mit einer Aussenwand 45, die mit dem Innenraum 7 korrespondiert.
In diese Wand ist eine Ausnehmung 46 eingebracht, die von einem Rohrstück 47 durchsetzt ist. An dem Rohrstück ist an seinem einen der Wand 44 zugewandten Ende ein Kragen 48 angeordnet, der das Rohrstück 47 gegen Herausziehen in den Innenraum 7 hindert. Der Wandseite 45 ist ein weiterer Kragen 49 zugeordnet, der ein zu tiefes Hineinstecken des Rohres verhindert. Das Rohrstück 47 ist mit einem Kammergehäuse 50 verbunden, dessen Innenraum 51 von der Membran 42 unterteilt ist, so dass sich zwei Kammern 51 und 52 bilden. Die Kammer 53 steht über den Innenraum des Rohres 47 mit dem von der Wandseite 44 umschlossenen Innenraum des Gemischrohres, der Oberhaube, der Brennkammer, des Wärmetauschergehäuses, des Abgassammlers oder der Abgasleitung pneumatisch in Verbindung. Die Membran ist an der Peripherie der Kammer gasdicht eingespannt.
Die Membran 42 besteht aus Gummi oder einem Kunststoff beziehungsweise Elastomer. Welches Material gewählt wird, hängt entscheidend davon ab, wie hoch die Wärmebelastung an der Stelle ist, an der sich das Loch 46 befindet. Die
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Anforderungen an die Wärmebeständigkeit sind um so höher, je mehr dieses Loch 46 sich im Bereich des Brenners befindet. Wird das Rohrstück 47 lang genug gewählt, so kann auch bei Anordnung der Bohrung unmittelbar am Brenner die Wärmebelastung geringgehalten werden. Die auf der Seite 44 der Wand 43 entstehenden vom Brenner verursachten Schwingungen werden über die Kammer 53, die auf der Seite der Membran 42 nachgiebig elastisch ausgebildet ist, abgebaut. Die Membran sollte hierbei die Eigenschaft biegeschlaff aufweisen.
Diese Eigenschaft wird dadurch definiert, dass in der Membran keine Zugspannungen auftreten, die zu ihrer Verfestigung beitragen.
Wesentlich ist, dass durch die Auslenkung der Membran aufgrund des Schalldruck, ausgelöst durch den Brenner, ein Zusatzvolumen geschaffen wird, das aufgebaut und abgebaut wird, wobei dieses variierende Zusatzvolumen so gross zu wählen ist, dass die Schalldruckspitzen so weit abgebaut werden, dass sie akustisch nicht mehr in Erscheinung treten. Dies kann durch eine geeignete Wahl der Grösse der Nachgiebigkeit der Membran oder der Wandung geschehen wie auch durch eine entsprechend grosse Flächengestaltung der Membran oder der Fläche der Nachgiebigkeit Es kann hierbei auch sinnvoll sein, die Innenraumkammer 51 auf der dem Rohr 47 abgewandten Seite mit einer Entlastungsbohrung zu versehen.
Eine weitere Variante geht aus den beiden Abbildungen 4 und 5 hervor. Hierbei ist die Membran nicht als einseitige platte Fläche gestaltet, sondern als eine Art Beutel mit zylindrischen Querschnitt. Die Membran 42 weist somit eine erste Zylinderfläche 54 und eine zweite Zylinderfläche 55 auf, die beide mit einer ringförmigen Schwächung 56 versehen sind, so dass eine Art Rollmembran entsteht. Der Innenraum zwischen beiden Membranen entspricht der Kammer 53 und der Aussenraum der Kammer 51. Die Peripherie beider Membranen ist durch einen Ringverschluss 57 abgedichtet. Beide Membranen sind von dem Gehäuse im Kammergehäuse 50 umgeben, dass längs seiner Peripherie 58 gasdicht mit der Aussenseite 45 der Wand 43 verbunden ist. In der Wand des Wandgehäuses 50 ist eine Atmungsbohrung 59 vorgesehen.
Im Rahmen des Ausführungsbeispiels nach Fig. 6 ist die Membran 42 als Kegelmembran gestaltet.
Hierbei ist es wesentlich, dass die Kegelform mit abgerundeter Spitze nur in dem Zustand in Erscheinung treten darf, dass der volle Druck im Innenraum 53 ruht. Da aber wie vorhin bereits einmal gesagt, die Membran biegeschlaff gestaltet ist, wird diese Kegelform nur annähernd auftreten. Hierbei ist es gleichgültig, ob die Membran auch Wellungen im Bereich des Kegelmantels aufweist.
Nach dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 7 ist die Membran 42 als Kreismembran in Topfform gestaltet, wobei die Zylinderwand 60 mit Falten versehen ist. Hierdurch entsteht die Nachgiebigkeit beziehungsweise Biegeschlaffheit. Der Boden 61 der Membran ist eben ausgestaltet.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 8 sind in dem Kammergehäuse 50 zwei Membranen 42 und 62 eingespannt, wobei die Membran 62 dazu dient, den Innenraum 51 gedämpft mit der Atmosphäre zu verbinden. Hierzu weist die Membran 62 eine oder mehrere Ausnehmungen 63 auf, die mit einem Innenraum 64 innerhalb des Kammergehäuses in Verbindung stehen, der seinerseits über die Öffnung 59 druckmässig nahezu auf Atmosphäreniveau ruht beziehungsweise einen gewissen Unterdruck aufweist.
Durch alle der geschilderten Membranausbildungen ist das angestrebte Ergebnis im Prinzip zu erreichen. Bildet man die Wandung im Bereich von Brenneroberhaube, Brennkammer, Wärmetauscher, Abgassammler oder Abgasleitung selbst nachgiebig aus, so hat sich herausgestellt, dass die Flächen zur Erzielung des angestrebten Zwecks erheblich grösser sein müssen, als wenn man in eine relativ kleine Bohrung 46 ein Kammergehäuse einsteckt, dass dann seinerseits die Membran als nachgiebige Stelle trägt.
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