EP0221941B1

EP0221941B1 - Chimney cap

Info

Publication number: EP0221941B1
Application number: EP19860902832
Authority: EP
Inventors: Gert Basten
Original assignee: Inventing SA
Current assignee: Inventing SA
Priority date: 1985-05-14
Filing date: 1986-05-10
Publication date: 1988-11-02
Also published as: ATA145185A; WO1986006818A1; DE3661107D1; EP0221941A1; AT387842B

Abstract

The chimney cap must provide for the upward evacuation of the stream of pollutants, and this in a stream which remains identical in volume, which evacuation is effected through a proportionally large in-stream angle region. One of pipe unions (1) coming out of the bricketed chimney (3) is surrounded by a conical mantle (6) closed at its periphery and of which the height (H1) is substantially higher than the height (h) of the pipe union (1) projecting with respect to the chimney top. A second prismatic mantle (11) is provided with an upper coping (15) presenting a central opening (16) provided with an outwardly orientated collar (17). Said prismatic mantle (11) stands higher than the conical mantle (6) and its lower edge (14) delimits with the chimney top a slot. The surfaces (10) delimiting the prismatic mantle (11) are arranged at a distance from the conical mantle (6), thereby forming an annular chamber (12). In some of the flat delimitation surfaces (10) of the prismatic mantle (11), slots (18) are respectively preferably arranged in the upper region.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schornsteinaufsatz mit einem Rohrstutzen, der gegenüber der Oberkante eines Schornsteines vorsteht und wobei koaxial zu diesem Rohrstutzen ein Kegelmantel angeordnet ist, der den Rohrstutzen nach oben überragt, wobei die obere Öffnung des Kegelmantels etwa flächengleich mit der freien Querschnittsfläche des Rohrstutzens ist, koaxial zum Rohrstutzen und zum Kegelmantel ein weiterer umfangsgeschlossener äußerer Mantel angeordnet ist, der vom Kegelmantel zur Bildung einer Ringkammer (Druckausgleichsraum) distanziert ist und welcher den Kegelmantel nach oben überragen, wobei die Unterkante des äußeren Mantels höher liegt als die Unterkante des Kegelmantels und der äußere Mantel an seinem oberen Ende eine zentrale Öffnung aufweisende Abdeckung trägt, wobei diese zentrale Öffnung etwa flächengleich ist mit der oberen Öffnung des Kegelmantels und die Höhe des äußeren Mantels größer ist als die Höhe des Kegelmantels.The invention relates to a chimney cap with a pipe socket which protrudes from the upper edge of a chimney and wherein a conical jacket is arranged coaxially with this pipe socket, which projects above the pipe socket, the upper opening of the conical jacket being approximately the same area as the free cross-sectional area of the pipe socket is, coaxially to the pipe socket and to the cone jacket, a further circumferentially closed outer jacket is arranged, which is distanced from the cone jacket to form an annular chamber (pressure compensation space) and which projects above the cone jacket, the lower edge of the outer jacket being higher than the lower edge of the cone jacket and the outer jacket carries a cover having a central opening at its upper end, this central opening being approximately coextensive with the upper opening of the cone jacket and the height of the outer jacket being greater than the height of the cone jacket.

Schornsteine für Heizungsanlagen werden für einen optimalen Arbeits- bzw. Betriebspunkt ausgelegt, der möglichst exakt eingehalten werden soll, damit die Heizanlage mit möglichst hohem Wirkungsgrad gefahren werden kann, d. h. bei solchen Anlagen sollen die Zugverhältnisse im Schornstein konstant sein, und zwar unabhängig von den äußeren Witterungseinflüssen, insbesondere unabhängig von der Stärke der Winde und deren Einfallsrichtung, die die Schornsteinmündung umströmen. Dies gilt für sämtliche Heizungsanlagen unabhängig davon, mit welchen Feuerungen sie betrieben werden. Es wurde daher schon ein Schornsteinaufsatz vorgeschlagen, der geeignet ist, die für den Schornstein berechneten und in diesem herrschenden Zugverhältnisse möglichst konstant zu halten unabhängig von den äußeren Windverhältnissen, damit der für die Heizanlage ermittelte Wirkungsgrad auch tatsächlich eingehalten werden kann. Ein Schornsteinaufsatz dieser Art ist bereits bekannt und in der österreichischen Patentschrift 375 455 bzw. in der im wesentlichen gleichlautenden deutschen Offenlegungsschrift 32 37 216 beschrieben und erläutert.Chimneys for heating systems are designed for an optimal working or operating point, which should be adhered to as precisely as possible so that the heating system can be operated with the highest possible efficiency, d. H. in such systems, the draft conditions in the chimney should be constant, regardless of the external weather conditions, in particular regardless of the strength of the winch and its direction of incidence, which flow around the chimney mouth. This applies to all heating systems regardless of the type of combustion they are operated with. A chimney cap has therefore already been proposed which is suitable for keeping the draft conditions calculated for the chimney and the prevailing draft conditions as constant as possible, regardless of the external wind conditions, so that the efficiency determined for the heating system can actually be maintained. A chimney cap of this type is already known and is described and explained in the Austrian patent specification 375 455 or in the essentially identical German patent application 32 37 216.

In diesem Zusammenhang ist auch ein Schornsteinaufsatz der eingangs erläuterten Art zu erwähnen, der in der französischen Patentschrift 13 90 476 gezeigt und beschrieben ist. Hier ist innerhalb des äußeren Mantels und oberhalb der Mündungsöffnung des Kegels ein Aufsatzstück angeordnet, dessen Durchmesser etwas größer ist als der Durchmesser der erwähnten Mündungsöffnung. Die beiden Mäntel sind von runden Flächen begrenzt. Wie Versuche zeigen, sind solche runde Flächen nicht zweckmäßig, da der anströmende Wind an diesen runden Flächen laminar vorbei- und abströmt, ohne im Schornsteinaufsatz ein Arbeitsdruck hervorzurufen. Der erwähnte Schornsteinaufsatz nach der französischen Patentschrift 13 90 476 wurde insbesondere gegen Fallwinde entwickelt. Diese von oben her einströmenden Fallwinde werden durch das erwähnte Einsatzstück von der Mündungsöffnung des Rohrstutzens abgeleitet und strömen entlang der Innenseite des äußeren Mantels nach unten ab, wobei dadurch die Rauchgase durch Sogeinwirkung mitgezogen werden und die so nach unten abströmen können.In this context, a chimney cap of the type mentioned at the beginning is also to be mentioned, which is shown and described in French patent 13 90 476. Here, an attachment piece is arranged inside the outer jacket and above the mouth opening of the cone, the diameter of which is somewhat larger than the diameter of the mouth opening mentioned. The two coats are delimited by round surfaces. As experiments show, such round surfaces are not practical, since the incoming wind flows past these laminar surfaces in a laminar manner, without causing working pressure in the chimney cap. The mentioned chimney cap according to the French patent 13 90 476 was developed especially against falling winds. These falling winds flowing in from above are derived through the insert mentioned from the mouth opening of the pipe socket and flow down along the inside of the outer jacket, whereby the flue gases are drawn in by suction and can thus flow downwards.

Auch die deutsche Patentschrift 113 569 ist hier noch anzuführen, die einen Schornsteinaufsatz in zwei verschiedenen Ausführungen zeigt, wobei die den Aufsatz bildenden Teile im einen Fall von gerundeten und gebogenen Flächen begrenzt sind, im anderen Fall jedoch zumindest die äußeren Teile dieses Schornsteinaufsatzes von ebenen Flächen begrenzt sind. Die Übertragung von ebenen Begrenzungsflächen auf einen Schornsteinaufsatz bzw. auf die den Schornsteinaufsatz bildenden Mantelteile nach der französischen Patentschrift 13 90 476 führt zu keinem praktikablen brauchbaren Schornsteinaufsatz, da in diesem Fall der Schornsteinaufsatz eine zu starke Sogwirkung auszuüben beginnt, wenn der Wind seitlich oder von unten her anströmt. Durch die dann gesteigerte Sogwirkung oder Saugwirkung wird zu viel heiße Verbrennungsluft durch den Schornstein gesaugt, die Rauchgase, die den Schornsteinaufsatz in der Folge durchströmen, sind noch viel zu heiß und zerstören hier die Materialien, die den Schornsteinaufsatz bilden.German patent 113 569 is also to be cited here, which shows a chimney cap in two different versions, the parts forming the cap being limited in one case by rounded and curved surfaces, but in the other case at least the outer parts of this chimney cap by flat surfaces are limited. The transfer of flat boundary surfaces to a chimney cap or to the casing parts forming the chimney cap according to the French patent 13 90 476 does not lead to a practically usable chimney cap, since in this case the chimney cap starts to exert too strong a suction effect when the wind comes from the side or from below flows here. As a result of the increased suction or suction effect, too much hot combustion air is drawn through the chimney, the flue gases that subsequently flow through the chimney cap are still too hot and destroy the materials that form the chimney cap.

Die Erfindung geht nun von einem Schornsteinaufsatz ähnlicher Art aus und die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es nun, den Aufsatz hinsichtlich seines Betriebsverhaltens unter allen möglichen und denkbar ungünstigen Witterungseinflüssen zu verbessern, was erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gelingt, nämlich daß sowohl der Kegelmantel wie auch der äußere Mantel von ebenen Flächen begrenzt sind und die Anzahl der den Kegelmantel begrenzenden ebenen Flächen und die Anzahl der den äußeren prismatischen Mantel begrenzenden Flächen gleich, vorzugsweise acht ist, wobei die Kanten des Kegelmantels und jene des prismatischen Mantels auf jeweils korrespondierenden Durchmesserebenen liegen und die in der ebenen Abdeckung des prismatischen Mantels vorgesehene zentrale Öffnung einen nach oben umgebördelten Rand trägt und im oberen Bereich oberhalb der Oberkante des inneren Kegelmantels mindestens einiger der den prismatischen Mantel bildenden Flächen horizontale Schlitze angeordnet sind.The invention is now based on a chimney cap of a similar type and the object on which the invention is based is now to improve the cap with regard to its operating behavior under all possible and extremely unfavorable weather conditions, which is achieved according to the invention by the combination of the following features, namely that both the cone shell and the outer cladding is also delimited by flat surfaces and the number of flat surfaces delimiting the cone cladding and the number of surfaces delimiting the outer prismatic cladding is the same, preferably eight, the edges of the cone cladding and those of the prismatic cladding lying on respectively corresponding diameter planes and the central opening provided in the flat cover of the prismatic jacket has an upwardly flanged edge and in the upper region above the upper edge of the inner cone jacket at least some of the surfaces forming the prismatic jacket have horizontal closures are arranged.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und zeigt auch anhand von Diagrammen das betriebsmäßige Verhalten, wobei diese Diagramme auf Grund von Meßergebnissen im Windkanal erzielt worden sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht des Schornsteinaufsatzes; Fig. 2 einen vertikalen Schnitt;
Fig. 3 einen horizontalen Schnitt nach der Linie 111-111 in Fig. 2;
Fig.4 eine Draufsicht;
Fig. 5 eine Skizze zur Veranschaulichung der gemessenen und in die Diagramme eingetragenen Werte und die
Fig. 6 und 7 zwei Meßdiagramme, die die Druckverhältnisse im Schornstein in Abhängigkeit von Anströmwinkel des Schornsteinaufsatzes veranschaulichen.

The drawing illustrates an exemplary embodiment of the invention and also uses diagrams to show the operational behavior, these diagrams having been obtained on the basis of measurement results in the wind tunnel. Show it:

Figure 1 is a view of the chimney cap. 2 shows a vertical section;
Fig. 3 is a horizontal section along the line 111-111 in Fig. 2;
4 shows a plan view;
5 shows a sketch to illustrate the measured values and the values entered in the diagrams
6 and 7 are two measurement diagrams which illustrate the pressure conditions in the chimney as a function of the flow angle of the chimney cap.

Der Schornsteinaufsatz nach den Fig. 1 bis 4 besteht aus einem zylindrischen Rohrstutzen 1, der bei ordnungsgemäßer Montage gegenüber der Schornsteinkrone 2 eines gemauerten Schornsteines 3 (Fig. 2) vorsteht. Dieser Rohrstutzen 1 durchsetzt mittig eine Montageplatte 4, die bei ordnungsgemäßer Montage auf der Schornsteinkrone 2 aufliegt. Die Ebene dieser Montageplatte liegt beim gezeigten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 rechtwinkelig zur Achse des Rohrstutzens 1. Koaxial zu diesem Rohrstutzen 1 ist ein von ebenen Flächen 5 begrenzter Kegelmantel 6 angeordnet, dessen untere Kante 7 knapp oberhalb der Platte 4 liegt. Über radial verlaufende Streben 8, die in Fig. 2 durch strichlierte Linien angedeutet sind, ist dieser von ebenen Flächen 5 begrenzte Kegelmantel 6 mit dem Rohrstutzen 1 verbunden. Der von ebenen Flächen 5 begrenzte Kegelmantel 6 ist umfangsgeschlossen. Die obere Öffnung 9 des von ebenen Flächen 5 begrenzten Kegelmantels 6 ist etwa flächengleich mit dem freien Querschnitt des Rohrstutzens 1. Die Höhe H1 des von ebenen Flächen 5 begrenzten Kegelmantels 6 beträgt ein Mehrfaches der Höhe h des gegenüber der Platte 4 vorstehenden Rohrstutzens 1. Die Basislänge 1 des von ebenen Flächen 5 begrenzten Kegelmantels 6 (Fig. 2) ist größer als der Durchmesser D des Rohrstutzens 1. Die Höhe h des Rohrstutzens, mit welcher er gegenüber der Platte 4 vorspringt, ist kleiner als dessen Durchmesser D. Ohne die Erfindung einzuschränken, kann bei einer beispielsweisen Ausführungsform eines solchen Schornsteinaufsatzes die Höhe h etwa 70 mm betragen, die Höhe H1 des von ebenen Flächen 5 begrenzten Kegelmantels 6 150 mm, der Durchmesser D des Rohrstutzens 1 etwa 150 mm und die Basislänge 1 des von ebenen Flächen 5 begrenzten Kegelmantels 6 etwa 215 mm, und die obere Öffnungsweite des von ebenen Flächen 5 begrenzten Kegelmantels 6 etwa 150 mm.The chimney cap according to FIGS. 1 to 4 consists of a cylindrical pipe socket 1 which, when properly installed, protrudes relative to the chimney crown 2 of a brick chimney 3 (FIG. 2). This pipe socket 1 passes through a mounting plate 4 in the center, which rests on the chimney crown 2 when properly installed. The plane of this mounting plate is perpendicular to the axis of the pipe socket 1 in the exemplary embodiment shown in FIG. 2. Coaxial to this pipe socket 1 is a conical jacket 6, delimited by flat surfaces 5, the lower edge 7 of which lies just above the plate 4. Radially extending struts 8, which are indicated by dashed lines in FIG. 2, this conical jacket 6, delimited by flat surfaces 5, is connected to the pipe socket 1. The conical surface 6, delimited by flat surfaces 5, is circumferentially closed. The upper opening 9 of the conical jacket 6 delimited by flat surfaces 5 is approximately the same area as the free cross section of the pipe socket 1. The height H1 of the conical jacket 6 delimited by flat surfaces 5 is a multiple of the height h of the pipe socket 1 projecting from the plate 4 Base length 1 of the conical jacket 6 (FIG. 2) delimited by flat surfaces 5 is greater than the diameter D of the pipe socket 1. The height h of the pipe socket with which it projects over the plate 4 is smaller than its diameter D. Without the invention In an exemplary embodiment of such a chimney cap, the height h can be approximately 70 mm, the height H1 of the conical shell 6 delimited by flat surfaces 5 150 mm, the diameter D of the pipe socket 1 approximately 150 mm and the base length 1 of the flat surfaces 5 limited cone shell 6 about 215 mm, and the upper opening width of the cone shell 6 delimited by flat surfaces 5 about 150 mm.

Koaxial zum Rohrstutzen 1 und zum, von ebenen Flächen 5 begrenzten Kegelmantel 6, ist nun ein weiterer, von ebenen Flächen 10 begrenzter, umfangsgeschlossener prismatischer Mantel 11 angeordnet. Die Länge L der Basis dieses, von ebenen Flächen 10 begrenzten prismatischen Mantels 11 ist größer als jene des von ebenen Flächen 5 begrenzten Kegelmantels 6, so daß zwischen diesen beiden Bauteilen ein ringförmiger kammerartiger Hohlraum 12 ausgespart ist. Die Höhe H2 dieses prismatischen Mantels ist größer als jene des von ebenen Flächen 5 begrenzten Kegelmantels 6, wobei darüberhinaus der prismatische, von ebenen Flächen 10 begrenzte Mantel 11 so angeordnet ist, daß seine Unterkante 14 von der Platte 4 distanziert ist, so daß diese Unterkante 14 und die erwähnte Platte 4 einen Ringsspalt begrenzen. Am oberen Rand trägt der prismatische Mantel 11 eine ebene Abdeckung 15 mit einer zentralen Öffnung 16, die einen nach oben gerichteten Rand 17 von geringer Höhe besitzt, beispielsweise von 1 bis 3 cm. Die zentrale Öffnung 16 ist dabei etwa flächengleich mit der oberen Öffnung 9 des von ebenen Flächen 5 begrenzten Kegelmantels 6. Sowohl der Kegelmantel 6 wie auch der prismatische Mantel 11 sind von der gleichen Anzahl ebener Flächen 5 bzw. 10 begrenzt.A further circumferentially closed prismatic jacket 11, which is limited by plane surfaces 10, is now arranged coaxially to the pipe socket 1 and to the cone jacket 6 delimited by plane surfaces 5. The length L of the base of this prismatic shell 11, delimited by flat surfaces 10, is greater than that of the cone shell 6 delimited by flat surfaces 5, so that an annular chamber-like cavity 12 is left out between these two components. The height H2 of this prismatic jacket is greater than that of the cone jacket 6 delimited by flat surfaces 5, and in addition the prismatic jacket 11 delimited by flat surfaces 10 is arranged such that its lower edge 14 is distanced from the plate 4, so that this lower edge 14 and the mentioned plate 4 delimit an annular gap. At the upper edge, the prismatic jacket 11 has a flat cover 15 with a central opening 16, which has an upwardly directed edge 17 of low height, for example from 1 to 3 cm. The central opening 16 is approximately coextensive with the upper opening 9 of the cone shell 6 delimited by flat surfaces 5. Both the cone shell 6 and the prismatic shell 11 are delimited by the same number of flat surfaces 5 and 10, respectively.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Anzahl der ebenen Flächen 5 bzw. 10 sowohl des Kegelmantels 6 wie auch des prismatischen Mantels 11 acht Stück. Die beiden Mäntel 6 und 11 sind so zueinander angeordnet, daß ihre Kanten auf jeweils gleichen Durchmesserebenen liegen, was die Fig. 3 und 4 deutlich veranschaulichen.In the exemplary embodiment shown, the number of flat surfaces 5 and 10 of both the cone shell 6 and the prismatic shell 11 is eight. The two jackets 6 and 11 are arranged with respect to one another such that their edges lie on the same diameter planes, which is clearly illustrated in FIGS. 3 and 4.

Im oberen Bereich der ebenen Flächen 10 des prismatischen Mantels 11 sind horizontal liegende Schlitze 18 eingearbeitet, wobei diese Schlitze vorzugsweise in jeder zweiten Fläche 10 vorgesehen sind und oberhalb der Oberkante des Kegelmantels 6 liegen. Die beiden Mäntel 6 und 11 sind jeweils von acht ebenen Flächen begrenzt. Diese Anzahl ist für die Wirkungsweise des Schornsteinaufsatzes günstig. Wird die Anzahl der Flächen nämlich erhöht, so nähern sich die Mäntel einem kreisrunden Umfang, an welchem der Luftstrom ohne eine Wirkung auszuüben, im wesentlichen laminar vorbeiströmt. Sind hingegen weniger Flächen vorhanden, so reißen die Windströmungen in zu starkem Ausmaß ab, ohne dabei die gewünschte Wirkung auf den Schornsteinaufsatz auszuüben.In the upper area of the flat surfaces 10 of the prismatic jacket 11, horizontally lying slots 18 are incorporated, these slots preferably being provided in every second surface 10 and lying above the upper edge of the cone jacket 6. The two jackets 6 and 11 are each bounded by eight flat surfaces. This number is favorable for the operation of the chimney cap. If the number of surfaces is increased, the shells approach a circular circumference, which the air flow flows past in a substantially laminar manner without any effect. If, on the other hand, there are fewer areas, the wind currents break down to an excessive extent without having the desired effect on the chimney cap.

Solche Schornsteinaufsätze werden in der Regel dann verwendet, wenn durch das Auftreten von Fallwinden, z. B. in gebirgigen Regionen oder bei enger Bebauung, die Gefahr von Überdruckbildung im Schornstein besteht. Außerdem können sie in verschiedenen Fällen auch bei Horizontalwind eine Rückströmung verhindern. Dies ist dann der Fall, wenn der Heizungsraum so gelegen ist, daß sich ihm ein durch den Wind an den Gebäudewänden erzeugter Unterdruck aufprägen kann.Such chimney caps are usually used when falling winds, e.g. B. in mountainous regions or in narrow buildings, there is a risk of excess pressure in the chimney. They can also prevent backflow in various cases, even with horizontal wind. This is the case if the boiler room is located in such a way that a vacuum generated by the wind on the building walls can be impressed on it.

Bei der horizontalen Anströmung von Schornsteinen durch den Wind treten im Schornsteininneren Drücke (p;) (Fig. 5) auf, die außer von der Anströmgeschwindigkeit (v_an) auch von der Ausbildung des Schornsteinkopfes abhängen und in der Regel kleiner sind als der ungestörte Umgebungsdruck. Bei Windeinfall von oben steigt der Druck im Schornstein und kann schließlich zu Rückströmungen führen. Bei Steigwind, also von unten einfallendem Wind, bleibt der Unterdruck über einen sehr großen Winkelbereich bestehen. Der im Schornstein auftretende statische Druck hängt außerdem vom Drosselgrad der Schornsteinführung ab. Wird eine Volumenstromförderung durch Schließen der Ansaugöffnungen unterbunden (V = 0), stellt sich ein Höchstwert für den Unterdruck ein. Wird der Drosselgrad verringert, steigt der Druck und es stellt sich ein entsprechender Volumenstrom # 0) ein. Man erhält einen Zusammenhang, wie er im Prinzip von Gebläsen her bekannt ist. (Die Fig. 5 veranschaulicht diese hier erwähnten Größen).When the wind blows chimneys horizontally, pressures (p;) (Fig. 5) occur inside the chimney, which depend not only on the inflow velocity (v _an ) but also on the design of the chimney head and are generally less than the undisturbed ambient pressure . In the event of wind the pressure in the chimney rises from above and can eventually lead to backflows. In the case of rising winds, i.e. winds coming in from below, the negative pressure remains over a very large angular range. The static pressure occurring in the chimney also depends on the degree of throttling of the chimney duct. If volume flow is prevented by closing the suction openings (V = 0), a maximum value is set for the vacuum. If the degree of throttling is reduced, the pressure rises and a corresponding volume flow # 0) is established. A connection is obtained which is known in principle from fans. (Figure 5 illustrates these quantities mentioned here).

Der Verlauf einer Kennlinie, die die Abhängigkeit des Volumenstromes v von der Druckdifferenz Δp_i zeigt, hängt wiederum von der Schornsteinkopfform und vom austretenden Volumenstrom ab.The course of a characteristic curve, which shows the dependence of the volume flow v on the pressure difference Δp _i , in turn depends on the shape of the chimney head and on the emerging volume flow.

Die Druckdifferenz p; ist definiert durch

Δp_{1 =} Pi - Psoo
p_i = Schornsteininnendruck
P_soo = statischer Druck der ungestörten Strömung (Umgebungsdruck)

The pressure difference p; is defined by

Δp _{1 =} Pi - Psoo
p _i = internal chimney pressure
P _soo = static pressure of the undisturbed flow (ambient pressure)

Häufig wird die Druckdifferenz Ap; auf den Geschwindigkeitsdruck der Anströmung q bezogen. Es gilt

va_n: ungestörte Anströmgeschwindigkeit
p : Luftdichte

The pressure difference Ap; related to the velocity pressure of the inflow q. It applies

va _n : undisturbed flow velocity
p: air density

Der so gebildete Beiwert c_pi = Δ_pi/q ist für die Auftragung in Diagrammen besonders geeignet, weil er sich im allgemeinen nur wenig mit q ändert.The coefficient c _pi = Δ _pi / q thus formed is particularly suitable for plotting in diagrams because it generally changes only slightly with q.

Der vorstehend in seinem konstruktiven Aufbau anhand der Fig. 1 bis 4 erläuterte Schornsteinaufsatz wurde im Windkanal untersucht. Der achteckige, mit einer dem Schornsteinquerschnitt entsprechenden Öffnung in der oberen Abdeckplatte 15 und mit einem Bund 17 versehene Aufsatz wurde auf einen Holzkasten mit einem Querschnitt von 36 x 36 cm² als Modell des Schornsteines aufgesetzt. Der Schornsteininnendruck konnte über Druckanbohrungen an den Seitenwänden des Kastens abgenommen werden. Er wurde gegenüber dem statischen Druck der ungestörten Strömung mit einem Schrägrohrmanometer gemessen. Vom unteren Ende des Kastens führte eine flexible Leitung mit 15 cm lichter Weite zu einem Meßrohr, in dem ein Gerät zur Bestimmung des Volumenstroms installiert war. Zur Simulation der unterschiedlichen Anströmbedingungen (Fallwind, Steigwind) konnte der Holzkasten um eine quer zur Strömung verlaufende horizontale Achse gedreht werden. Die Strömungsgeschwindigkeit V wurde über den Geschwindigkeitsdruck ermittelt, der mit Hilfe einer Prandtlsonde in Verbindung mit einem Betzmanometer gemessen wurde.The chimney cap explained above in terms of its construction using FIGS. 1 to 4 was examined in the wind tunnel. The octagonal, with an opening corresponding to the chimney cross section in the upper cover plate 15 and with a collar 17 was placed on a wooden box with a cross section of 36 x 36 cm ² as a model of the chimney. The inside chimney pressure could be removed via pressure holes on the side walls of the box. It was measured against the static pressure of the undisturbed flow with a inclined tube manometer. From the lower end of the box, a flexible line with a 15 cm opening led to a measuring tube in which a device for determining the volume flow was installed. In order to simulate the different inflow conditions (falling wind, rising wind), the wooden box could be rotated about a horizontal axis running across the flow. The flow velocity V was determined via the velocity pressure, which was measured using a Prandtl probe in conjunction with a Betz manometer.

Das Schornsteinmodell mit dem zu vermessenden Aufsatz wurde bei verschiedenen Windgeschwindigkeiten unter verschiedenen Windeinfallswinkel a, angeströmt. Gleichzeitig wurden sowohl Δ_pi als auch V gemessen. Die Versuche wurden mit zwei Drosselstellungen (V = 0; V * 0) durchgeführt, d. h. der Rohreinlauf wurde jeweils erst verschlossen und dann geöffnet. Die Meßdaten wurden festgehalten und für die weitere Auswertung verwendet.The chimney model with the attachment to be measured was flowed at at different wind speeds under different wind incidence angles a. At the same time, both Δ _pi and V were measured. The tests were carried out with two throttle positions (V = 0; V * 0), ie the pipe inlet was first closed and then opened. The measurement data were recorded and used for further evaluation.

Die Ergebnisse sind in den Fig. 6 und 7 in Diagrammform dargestellt. Fig. 6 zeigt den Druckbeiwert c_pi = Δp_i/q in Abhängigkeit vom Anströmwinkel bei verschlossener Schornsteinzuführung (V = 0).The results are shown in diagram form in FIGS. 6 and 7. Fig. 6 shows the pressure coefficient c _pi = Δp _i / q as a function of the angle of attack with the chimney inlet closed (V = 0).

Die ausgezogene Kurve stellt den von der Anströmgeschwindigkeit weitgehend unabhängigen Zusammenhang zwischen c_pi und a für den normal zu einer Seite (mit Schlitzen 18) angeströmten Aufsatz dar. Die Öffnung 16 der oberen Abdeckplatte 15 war dabei mit einem 10 mm hohen Bund 17 versehen. Der Verlauf zeigt im Bereich ₊ 40° > a > - 43° einen Druckbeiwert, der zwischen - 0,2 > c_pi > - 0,3 liegt. Für Winkel a < - 43° steigt c_pi über - 0,2 und wird schließlich bei a = - 55° positiv, d. h. erst ab diesem Winkel kann bei Vernachlässigung des thermischen Auftriebes und ^p _H= p_soo (p_H Druck im Heizungsraum) durch Fallwind eine Rückströmung auftreten. Durch eine Erhöhung des Bundes 17 an der Öffnung 16 der Abdeckplatte 15 auf 2 cm konnte der Winkel bei dem Rückströmungsauftritt auf nahezu 60° vergrößert werden.The solid curve represents the relationship between c _pi and a, which is largely independent of the inflow velocity, for the attachment that is normally flown to one side (with slots 18). The opening 16 of the upper cover plate 15 was provided with a 10 mm high collar 17. The curve shows a pressure coefficient in the range ₊ 40 °>a> - 43 °, which lies between - 0.2> c _pi > - 0.3. For angle a <- 43 ° c _pi rises above - 0.2 and finally becomes positive at a = - 55 °, ie only from this angle can neglect of thermal buoyancy and ^p _H = p _soo (p _H pressure in the boiler room) backflow may occur due to falling wind. By increasing the collar 17 at the opening 16 of the cover plate 15 to 2 cm, the angle at the backflow occurrence could be increased to almost 60 °.

Die Fig. 6 zeigt außerdem den Verlauf der c_pi-Werte über dem Anströmwinkel a für verschiedene kleinere Modifikationen. So wurde der Aufsatz um 45° gedreht, so daß eine Seite ohne Schlitze 18 in Windrichtung stand. Daneben wurden Versionen untersucht, bei denen auf einen Bund an der oberen Abdeckplatte bzw. auf die ganze Abdeckplatte verzichtet wurde. Bei erster Version wurde darüberhinaus untersucht, inwieweit hier die Schlitze 18 in den Seiten Einfluß auf den Verlauf der Kurve nimmt. Während für positive Anstellwinkel, also für Steigwinde, alle Versionen mit geringen Abweichungen Beiwerte zwischen - 0,2 > c_pi > - 0,3 liefern, fällt bei Fallwinden der deutliche Einfluß des Bundes 17 an der oberen Abdeckplatte 15 auf. Der hinsichtlich der Verhinderung von Rückströmung günstigste Fall wurde, wie bereits erwähnt, für den Aufsatz mit einem 2 cm hohen Bund 17 erzielt. Die für V = 0 und horizontaler Anströmung gemessenen Beiwerte,(c_pi ≈ 0,27) lassen den Schluß zu, daß auch für # 0 das Anwachsen des Schornsteinzuges mit der Windgeschwindigkeit geringer ausfällt als dies bei Schornsteinen ohne Aufsätze (cp (V = 0) ≈ - 0,5) der Fall ist.FIG. 6 also shows the course of the c _pi values over the inflow angle a for various smaller modifications. So the attachment was rotated 45 ° so that one side without slots 18 was in the wind direction. In addition, versions were examined in which a collar on the upper cover plate or the entire cover plate was dispensed with. In the first version, it was also examined to what extent the slots 18 on the sides influence the course of the curve. While for positive angles of attack, i.e. for ascending winds, all versions with small deviations provide coefficients between - 0.2> c _pi > - 0.3, the significant influence of the collar 17 on the upper cover plate 15 is noticeable in falling winds. As already mentioned, the most favorable case with regard to the prevention of backflow was achieved for the attachment with a 2 cm high collar 17. The coefficients measured for V = 0 and horizontal inflow (c _pi ≈ 0.27) allow the conclusion that the increase in the chimney draft with the wind speed is also lower for # 0 than for chimneys without attachments (cp (V = 0 ) ≈ - 0.5) is the case.

In Fig. 7 ist bei nicht verschlossener Schornsteinzuführung ( ≠ 0) die Änderung des durch die Aufsatzwirkung hervorgerufenen Volumenstroms V in Abhängigkeit von Anströmwinkel a gezeigt. Zum Vergleich ist die winkelabhängige Anderung des cpi-Wertes mit eingetragen. Die Werte sind jeweils auf die entsprechenden Werte bei a = 0 bezogen.In FIG. 7, when the chimney feed (≠ 0) is not closed, the change in the volume flow V caused by the attachment effect is a function of Inlet angle a shown. The angle-dependent change in the cpi value is also entered for comparison. The values are related to the corresponding values at a = 0.

Die Fig. 7 bezieht sich hierbei auf die Aufsatzversion mit 1 cm-Bund an der Öffnung 16 der oberen Abdeckplatte 15. Neben der Tatsache, daß der Verlauf von Volumenstrom und Druckbeiwert erwartungsgemäß ähnlich ausfällt, erkennt man, daß für den gewählten Drosselgrad im positiven Winkelbereich eine Änderung des Volumenstroms um nur 10 % in negativem Winkelbereich bis zu a m - 40° eine solche von etwa 20 % auftritt. Rückströmung tritt, wie sich aus dem Druckbeiwertverlauf bereits ableiten ließ, erst bei a = - 55° auf. Für die Version mit dem 2 cm-Bund ist dies, wie schon erwähnt, erst bei a = - 60° zu erwarten.Fig. 7 refers to the top version with 1 cm collar at the opening 16 of the upper cover plate 15. In addition to the fact that the course of the volume flow and pressure coefficient is expected to be similar, you can see that for the selected degree of throttling in the positive angular range a change in the volume flow of only 10% in the negative angular range up to am - 40 °, a change of about 20% occurs. Backflow, as could already be deduced from the pressure coefficient curve, only occurs at a = - 55 °. For the version with the 2 cm collar, as already mentioned, this can only be expected at a = - 60 °.

Der erfindungsgemäßen Schornsteinaufsatz liefert auch ohne Berücksichtigung des thermischen Auftriebs bei Windeinfallswinkeln von a - -58° (Fallwind) bis wenigstens + 40° an der Schornsteinmündung einen Druck der geringer oder wenigstens gleich dem statischen Druck der ungestörten Strömung ist. Solange sich im Heizungsraum selbst kein Unterdruck einstellt, wird somit eine Rückströmung verhindert. Im Bereich a = -43° bis wenigstens + 40° darf sich dem Heizungsraum ein Unterdruck zwischen 20 und 30 % des Anströmgeschwindigkeitsdruckes aufprägen, ohne daß Rückströmung auftritt. Bei konstanter Anströmgeschwindigkeit ist der geförderte Volumenstrom zwischen a = -35° bis + 40° nur geringfügig vom Anströmwinkel abhängig. Im Bereich um a = 0° liegen die Druckbeiwerte für V - 0 mit c_pi ≈ - 0,27 über den entsprechenden Werten von Schornsteinen ohne Aufsatz (c_pi ≈ -0,5), was auf geringere Zuganfachung bei Wind schließen läßt.The chimney cap according to the invention delivers a pressure which is less than or at least equal to the static pressure of the undisturbed flow, even without taking into account the thermal buoyancy at wind incidence angles from a - -58 ° (falling wind) to at least + 40 ° at the chimney mouth. As long as there is no negative pressure in the boiler room itself, backflow is prevented. In the area a = -43 ° to at least + 40 °, a negative pressure between 20 and 30% of the inflow velocity pressure may be applied to the boiler room without backflow occurring. At constant inflow velocity, the volume flow between a = -35 ° to + 40 ° is only slightly dependent on the inflow angle. In the area around a = 0 °, the pressure coefficients for V - 0 with c _pi ≈ - 0.27 are higher than the corresponding values of chimneys without a top (c _pi ≈ -0.5), which suggests less draft on wind.

Beim erfindungsgemäßen Schornsteinaufsatz wird durch die Ausbildung der Oberseite des Aufsatzes eine Führung des ankommenden Luftstromes erreicht und durch Anbringung eines kleinen Bundes 17 eine definierte Abrißkante festgelegt. Die Versuchsergebnisse bestätigen dies; ein Unterdruck (Sog) im Abgasrohr wird bis zu a - -58° deshalb aufrecht erhalten.In the chimney cap according to the invention, the formation of the top of the cap guides the incoming air flow and a defined tear-off edge is fixed by attaching a small collar 17. The test results confirm this; a negative pressure (suction) in the exhaust pipe is therefore maintained up to a - -58 °.

Mit dem neuen Aufsatz wird versucht, eine möglichst große Annäherung an die Strömungs-und Druckverhältnisse bei Windstille zu erreichen. Da dies nicht vollkommen möglich ist, wurde mit der neuen Anordnung wenigstens eine über einen großen Anströmwinkelbereich gleichmäßige gegenüber anderen Anordnungen weniger windempfindliche Volumenstromänderung möglich gemacht. Diese Ergebnisse konnten dadurch erreicht werden, daß das Innere des Aufsatzes einen Druckausgleichsraum 12 enthält, bei dem die durch Wind erzeugten erhöhten Drücke sowohl durch die untere Ringöffnung als auch durch die seitlich angeordneten speziellen Druckausgleichsöffnungen 18 egalisiert werden konnten. Bewußt wurden diese Maßnahmen getroffen, um im Ausgleichsraum keine geführte Strömung entstehen zu lassen, da diese wie bei anderen Aufsätzen angegeben wurde, die Sogwirkung im Abgasrohr erhöhen sollten.The new essay tries to approximate the flow and pressure conditions when there is no wind. Since this is not entirely possible, at least one change in volume flow that is less wind-sensitive than other arrangements was made possible with the new arrangement at least over a large inflow angle range. These results could be achieved in that the interior of the attachment contains a pressure compensation chamber 12, in which the increased pressures generated by wind could be equalized both through the lower ring opening and through the special pressure compensation openings 18 arranged on the side. These measures were deliberately taken to prevent any guided flow from occurring in the compensation room, since this was stated, as in other articles, to increase the suction effect in the exhaust pipe.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen neuen Schornsteinaufsatzes sind im wesentlichen:

a) die freie Abströmung des Schadstoffvolumenstromes nach oben;
b) ein gleichbleibender Volumenstrom über einen verhältnismäßig großen Anströmwinkelbereich;
c) nur geringe Druck- und Volumenstromschwankungen im Abgasrohr gegenüber anderen Anordnungen bzw. einem Rohr ohne Aufsatz;
d) es können keine Kondensate in das Innere des Schornsteines gelangen.

The advantages of the new chimney cap according to the invention are essentially:

a) the free outflow of the pollutant volume flow upwards;
b) a constant volume flow over a relatively large inflow angle range;
c) only slight pressure and volume flow fluctuations in the exhaust pipe compared to other arrangements or a pipe without an attachment;
d) no condensates can get inside the chimney.

Das Ausführungsbeispiel wurde im Zusammenhang mit einem gemauerten Schornstein beschrieben, der in der Fig. 2 dargestellt ist. Dieser Schornsteinaufsatz nach der Erfindung kann auch bei anders errichteten Schornsteinen mit Erfolg verwendet werden, zum Beispiel bei solchen, die aus Formsteinen oder aus Stahlrohren errichtet sind. Der innere Rohrstutzen 1 ist beim Ausführungsbeispiel als zylindrischer Rohrstutzen erläutert worden. Es sind auch solche Aufsätze möglich, bei welchen der Rohrstutzen 1 polygonal ausgebildet ist. Dieser Rohrstutzen 1 wird hinsichtlich seiner Querschnittsform dem Schornsteinquerschnitt angepaßt. Wenn vorstehend vom Teil 6 des Schornsteinaufsatzes als Kegelmantel gesprochen wird, so ist darunter ein Kegel zu verstehen, der von ebenen Flächen begrenzt ist (Pyramide).The exemplary embodiment was described in connection with a brick chimney, which is shown in FIG. 2. This chimney cap according to the invention can also be used successfully in other chimneys, for example those made of molded blocks or steel pipes. The inner pipe socket 1 has been explained in the exemplary embodiment as a cylindrical pipe socket. Such attachments are also possible in which the pipe socket 1 is polygonal. This pipe socket 1 is adapted to the cross-sectional shape of the chimney cross-section. If one speaks above of part 6 of the chimney cap as a cone shell, this is to be understood as a cone which is delimited by flat surfaces (pyramid).

Claims

1. Chimney cowl with a pipe connection (1), which projects opposite the top edge of a chimney (3) and has arranged coaxially to it a cone-shaped shell (6) which projects upwards beyond the pipe connection (1), the upper opening of the cone-shaped shell (6) being roughly equal in area to the free cross-sectional area of the pipe connection, a further outer shell (11) with a continuous perimeter being arranged coaxially to the pipe connection (1) and the cone-shaped shell (6), this outer shell (11) being at a distance from the cone-shaped shell (6) to form an annular chamber (pressure-equalizing chamber) (12) and projecting upwards beyond the cone-shaped shell (6), the bottom edge (14) of the outer shell (11) being higher than the bottom edge (7) of the cone-shaped shell (6) and the outer shell (11) bearing on its upper end a central opening (16) with a cover (15), this central opening (16) being roughly equal in area to the upper opening (9) of the cone-shaped shell (6) and the height (H2) of the outer shell (11) being greater than the height (H1) of the cone-shaped shell (6), characterized in that both the cone-shaped shell and the outer shell (11) are bounded by flat surfaces (5, 6) and that the number of surfaces (5) bounding the cone-shaped shell (6) and the number of the surfaces (10) bounding the outer prismatic shell (11) is the same, preferably eight, the edges of the cone-shaped shell (6) and those of the prismatic shell (10) lying on surfaces which in each case have a corresponding diameter and the central opening (16) provided in the flat cover (15) of the prismatic shell (11) having an upwardly flanged edge (17) and horizontal slots (18) being arranged in the upper area, above the upper edge of the inner cone-shaped shell (6), of at least some of the surfaces (10) forming the prismatic shell (11).

2. Chimney cowl according to claim 1, characterized in that the slots (18), viewed in the peripheral direction of the prismatic shell (11), are arranged in every second surface (10) of the shell (11) and that in each case two slots (18) lying directly one above the other are provided per surface.

3. Chimney cowl according to claim 1, characterized in that the bottom edge (7) of the cone-shaped shell (6) is roughly at the height at which the pipe connection (1) leaves the masonry chimney.

4. Chimney cowl according to one of the claims 1 to 2, characterized in that the pipe connection (1) passes through the centre of a plate (4) by which it is supported, the surface of this plate being at right angles to the axis of the pipe connection (1) and this plate (4) serving to support the chimney top (2).