CH625870A5 - - Google Patents

Description

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PATENTANSPRÜCHE räusch-«Brennschall» in Erscheinung tritt. Die Gasschwin-

1. Zum Anschluss an eine Einlassöffnung (7) einer Brenn- gungen Y resonieren infolge Reflektion an den Innenoberflä-kammer (11) bestimmtes Brennaggregat, mit einem Brenn- chen der Brennkammer 11, wodurch der Schalldruck inner-stoffleitrohr (2), dessen eines Ende zum Anschluss an be- halb dieser Brennkammer gewaltig erhöht wird, also die sagte Einlassöffnung bestimmt ist und in dem eine Brenn- 5 Amplitude der Gasschwingung entsprechend vergrössert wird, stoffeinspritzdüse (4), ein Zündstab (5) und ein Luft-Brenn- Die Gasschwingungen Y breiten sich im Leitrohr 2 und im stoff-Mischring (6) angeordnet sind, ferner mit einem an das Gebläse 3 als fortschreitende ebene Gasschwingungswellen andere Ende des Brennstoffleitrohres angeschlossenen, einen aus> die mit Z bezeichnet sind, und zwar entgegengesetzt zum Eintrittsstutzen (12) besitzenden Gebläse (3) zum Einblasen Sinne S der Ausbreitung der Brennstoffpartikel in der Flam-von Luft in das Brennstoffleitrohr, gekennzeichnet durch eine10 me und auch entgegengesetzt zum Brennluftstrom R; zuletzt an den Eintrittsstutzen (12) des Gebläses angeschlossene, sich werden diese Gasschwingungen in den Raum ausgebreitet, in in dessen Axialrichtung erstreckende, einen wenigstens ange- welchem das Brennaggregat installiert ist, was in verschiede-nähert gleichmässigen Querschnitt und eine Länge zwischen nen Hinsichten nachteilig ist, so hinsichtlich der Erzeugung 0,4 m und 4,0 m besitzende Einlassleitung (13, 13', 17, 17') von grossem Lärm und von Resonanz an Türen und Fenstern zum Erhalten einer stehenden Welle zwischen der besagten 15 dieses Raumes. Ausserdem werden die Partikel des Luft-Einlassöffnung (7) und der Eintrittsöffnung (14) der Einlass- Brennstoffgemisches, die bei der Öffnung 7 hindurchtreten, leitung bei den Frequenzen mit den grössten Energieanteilen, teilweise durch die fortschreitende Energie der fortschreiten-um so das Austreten dieser Energieanteile aus der Eintritts- den ebenen Gasschwingungswellen Z in das Aggregat 1 zu-öffnung zu unterdrücken. rückgedrängt, um dann im Bereich des Mischringes 6 und des

2. Brenneraggregat nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 20 Zündstabes 5 stehenzubleiben und die Oberflächen des Mischzeichnet, dass die Länge der Einlassleitung verstellbar ist. ringes 6, des Zündstabes, der Einspritzdüse und des Leitroh-

. . , _ , , res 2 teilweise zu benetzen. Auf diese Weise wird die Ein-

3. Brennaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekenn- , . , ^ , e°. . r . ' ■ * <. * noi spritzung von Brennstoff aus der Duse 4 gestört und wird zeichnet, dass die Emiassleitung ein am Emtnttsstutzen (12) , , , , . ?

, ' . , f.. „r , auch die Zundung beim Zundstab 5 gestört und es ergeben angebrachtes Einlassrohrteil (13) und ein rohrformiges Glied . , , , . ° c... . 6 _ . . ,

/■.4I r ■ . j c j tv 1 . t -, „„s ,, , • , 25 sich schwerwiegende Störungen im ganzen Funktionsabiauf. (17) aufweist, das auf dem Einlassrohrteil (13) teleskopisch „ ... , , ° , ,

v ' ' 1 Zusätzlich kann es vorkommen, dass die Brennstoffpartikel verste ar is . .. durch die Brennflamme X gezündet werden vor der Öffnung

4. Brenneraggregat nach emem der Ansprüche 1 bis 3, ? und dass so ein Flammenrückschl erf()1

dadurch gekennzeichnet, dass die Emlassleitung (13) an ihrer fortschreitenden Gasschwin-

Innenseite mit einer Schicht von schallabsorbierendem Ma- weil sien aie tnergie der rortscnreitenden Uasschwm

. t , . 30 gungswelle Z m einer Richtung ausbreitet, die der Richtung R

ena verse enis. , der vom Gebläse frei abgegebenen Luftströmung entgegen-

• J'TTf ? , g?TY„ «»» «t, wird nicht nur die Wirksamkeit der Lufeufuhr zeichnet das» die langenverstellbare Emfatatung als Balg- ^ âm son(|cm es ktnn ^

ro r ( ) ausge ì e is . -m pajje Verwendung eines kleindimensionierten, einen 35 niedrigen Auslassdruck aufweisenden Gebläses, das Phänomen des Aussetzens der Luftzufuhr eintreten und damit einhergehend ein Ersticken der Verbrennung oder eine schwan-Die Erfindung betrifft ein zum Anschluss an eine Em- kende Verbrennung, die einen normalen Brennbetrieb un-lassöffnung einer Brennkammer bestimmtes Brenneraggregat möglich macht.

gemäss dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Bei der ^ jm Bestreben; die Gasschwingungen Y daran zu hindern, Brennkammer kann es sich z. B. um eine solche eines Heiz- in den Brennerkörper 1 und somit als ebene fortschreitende kessels oder eines Dampferzeugers handeln. Das Aggregat Gasschwingungswellen Z in das Leitrohr 2 einzudringen,

soll im Stande sein, zu verhindern, dass sich ausbreitende Ener- wurde dnem bekannten Brenner eine Ausbildung gegeben, in gie von fortschreitenden ebenen Gasschwingungswellen das welcher ein Bereich der Verbindung des Brennraumes 11 mit gute Funktionieren von Hauptteilen des Brenneraggregates dem Brennerkörper 1 und Leitrohr 2 extrem reduziert ist beeinträchtigt, die innerhalb eines Brennkorpers vorhanden durch Kleinergestalten des Brennstoffeinlasses 7 oder Gros-sind und es soll mithelfen im Ausgleichen der Verteilung der sergestalten des Mischringes 6. Mit dieser bekannten Bren-resultierenden Energie und auch bei der Erzielung einer guten Herausbildung, in welcher der Widerstand gegen den Luft-Verbrennung. ström am vorderen Ende des Leitrohres 2 in ausserordentlich

Zuerst werden nun Brenner beschrieben, die zum Stande grossem Massstab konstruiert ist, bedarf es eines grossen Ge-der Technik gehören, und auch verschiedene Effekte von sich bläses, welches einen hohen Förderdruck aufweist. Dies beausbreitender Energie einer Gasschwingung mit fortschreiten- deutet, dass die Geschwindigkeit des Luft-Brennstoff-Ge-den ebenen Wellen bei komplizierten Frequenzen, die zu- mischstrahles und auch die Strömungsgeschwindigkeit der rückzuführen sind auf Brennschall, der auftritt beim Betrieb nifi: unnötig stark vergrössert sind zum Auslassende des Leit-des Brenners; es wird hierbei Bezug genommen auf die Fig. ^ rohres 2 hin, wodurch auch die Brenngeschwindigkeit ausser-la der beiliegenden Zeichnung. ordentlich stark vergrössert ist mit der Folge, dass ein stär-

Nach dieser Fig. la wird Brennstoff, und zwar Gas oder kerer Brennschall erzeugt wird. Demzufolge wird eine er-Öl, aus einer Düse 4 ausgespritzt in einen Brennluftstrom, der neute Erhöhung des Luftförderdruckes erforderlich und er-durch ein Gebläse 3 erzeugt wird und ein Leitrohr im Sinne gibt sich eine weitere Verstärkung des Brennschalles; das des Pfeiles R durchfliesst; das Luft- und Brennstoffgemisch 60 Ganze läuft also auf eine Aufschaukelung unerwünschter Erwird durch einen Mischring 6 in eine Drehströmung versetzt, scheinungen hinaus.

bevor es nach Zündung an einem Zündstab 5 bei einer Ein- Die Erfindung verfolgt den Zweck, hier Abhilfe zu schaf-

lassöffnung 7 im Sinne des Pfeiles S in die Brennkammer 11 fen, und zwar mit einem Brenneraggregat, das eine Fortset-gelangt. Wenn das Brennstoff-Luftgemisch bei einem Zünd- zung einer normalen Verbrennung mit einer üblichen Ausstab gezündet wird, ergibt sich eine mit X gezeichnete Flam- 65 bildung der Brennstoffeinspritzung aus einem Mischring erme vor der Öffnung 7 und die Brennstoffpartikel werden laubt, ohne die Gefahr des Auftretens von Flammenrück-dann in der Brennkammer 11 verbrannt, wobei sie eine Gas- Schlägen. Es soll auch das Ausbreiten von heftigem Brennschwingung erzeugen, die mit Y bezeichnet ist und als Ge- geräusch in den Raum, in dem das Brenneraggregat installiert

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ist, vermieden werden. Diese Ziele werden erfindungsgemäss erreicht durch ein Brenneraggregat, welches die im Patentanspruch 1 angeführten Merkmale aufweist.

In bezug auf weitere Besonderheiten von Ausführungsformen wird auf die abhängigen Ansprüche hingewiesen. s

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:

Fig. la einen Schnitt eines bekannten Brenneraggregats nach einer zur Gebläseachse winkelrechten Ebene,

Fig. lb einen Schnitt einer ersten Ausführungsform des io erfindungsgemässen Brenneraggregates nach einer Ebene, die zur Gebläseachse parallel verläuft,

Fig. 2, 3, 4 und 5 Schnitte, die der Fig. lb ähnlich sind, einer zweiten, dritten, vierten bzw. einer fünften Ausführungsform, 15

die Fig. 6, 7 und 8 ein Geräuschdiagramm, das die Minderung des Brennschalles veranschaulicht, die eintritt im Falle, dass die «oszillierende» Verbrennung eliminiert ist durch eine Ausbildung des Brenneraggregates nach der ersten Ausführungsform (Fig. lb), 20

Fig. 9 ein entsprechendes Diagramm, welches für die Ausführungsformen nach Fig. 6, 7 und 8 gilt, und

Fig. 10 ein Diagramm, welches die Verhältnisse zeigt, die sich bei Versuchen ergeben haben, die ähnlich geführt wurden wie jene, die zu den Fig. 6, 7 und 8 geführt haben, aber 25 in einem Heizkessel des Vertikaltyps.

In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen einander entsprechende Teile; der Strömungssinn der Luft ist mit R angegeben, die Austrittsrichtung der Partikel des Luft-Brennstoffgemisches mit S usw. 30

Ähnlich wie bei der unter Fig. la beschriebenen, bekannten Ausführung ist auch in dem in Fig. lb dargestellten Ausführungsbeispiel (und auch in allen anderen) ein Brennerkörper 1 an einer Brennkammer 11 eines Ofens oder Heizkessels angeschlossen durch ein Leitrohr 2 bei einer Einlassöffnung 3S 7. Die Brennkammer hat einen Rauchauslass 10 in ihrer Deckwand. Innerhalb des Brennerkörpers und des Leitrohres 2 sind Hauptteile des Aggregates untergebracht, u. a. ein Gebläse 3, eine Brennstoff-Einspritzdüse 4, ein Zündstab 5 und ein Luft-Brennstoffmischring 6. Letzterer ist zwischen den 4Q Elementen 4 und 5 einerseits und der Einlassöffnung 7 andererseits angeordnet, aber näher bei dieser letzteren. Der Körper des Aggregates weist ein Gehäuse la auf, welches einen Einlass lb hat, welche einer geschlossenen Seite lc gegenüberliegt. Ausserhalb der geschlossenen Seite des Gehäuses 4J la ist ein Motor 8 angeordnet, der mit dem Rotor des Gebläses in mechanischer Verbindung steht. Eine Einlassklappe 9 ist innerhalb eines Einlassstutzens 12 angeordnet, der bei der Einlassöffnung lb am Gehäuse la angesetzt ist.

Gemäss Fig. lb ist im ersten Ausführungsbeispiel des er- 5Q findungsgemässen Brenneraggregates ein zylindrisches Lufteinlassrohr 13, das z. B. aus Stahl oder einem Kunststoff gefertigt ist, am äusseren der Einlassstutzens 12 angeschlossen und an seinem anderen Ende 14 offen. Es erstreckt sich in der Axialrichtung dieses Stutzens und seine Länge beträgt zwischen 0,4 und 4,0 m.

Bei der bekannten Ausbildung nach Fig. la breiten sich, wie oben erläutert, in der Einlassleitung ausgehend von der Einlassöffnung 7 die fortschreitenden ebenen Gasschwingungen Z aus, um sich an der Lufteintrittsöffnung des Stutzens ^ 12 als Gasschwingungen mit kugeliger Wellenfront in den Raum auszubreiten, in dem das Aggregat installiert ist. Messungen haben gezeigt, dass das Geräuschspektrum der Gasschwingungen Y im Brennraum einen Frequenzbereich FR (vgl. Fig. 6—8) hat, der zwischen etwa 35 und 55 Hz liegt, in dem die Schwingungsintensität ausgeprägt hoch ist; es sind dies Geräuschanteile mit den höchsten Energieanteilen. Wenn nun der Länge des Lufteinlassrohres 13 einen solchen ausgewählten Wert gegeben wird, dass die Länge der Gassäule zwischen den Öffnungen 7 und 14 einer Viertelswellenlänge in bezug auf die Mitte des Frequenzbereiches FR entspricht, so tritt Resonanz auf wie in einer Orgelpfeife: die Lufteintrittsöffnung 14 wirkt als Grenzfläche, an welcher jene Wellen Zfr, deren Frequenz im Bereich FR liegt, reflektiert werden; diese reflektierten Wellen überlagern sich den ankommenden Wellen; es ergibt sich somit eine Umwandlung in eine stehende Welle T, die einen Knotenpunkt bei 7 und einen Wellenbauch bei 14 hat. Somit wird die Ausbreitung der Energieanteile dieser Wellen Zfr in die Atmosphäre (den Raum) zumindest weitgehend unterdrückt. Bei 7 werden aber kaum noch Energieanteile von Schwingungen Y, deren Frequenz in diesem Bereich FR liegt, in die Einlassleitung übertreten können. Dies ist die theoretische Erläuterung des Effektes, der sich aus dem Vorhandensein des Lufteinlassrohres 13 ergibt. Der Unterdrückungseffekt ist nicht vollständig, aber recht ausgeprägt, wie durch Versuche bestätigt wurde, deren Ergebnisse nachfolgend anhand der Fig. 6—8 erläutert werden. Da die Länge des Lufteinlassrohres 13 (die einen Teil der Länge der résonant schwingenden Gassäule zwischen 7 und 14 bildet) geeignet gewählt werden muss in Abhängigkeit der Lage des Frequenzbereiches FR im Geräuschspektrum, sind abgewandelte Ausführungsarten entwickelt worden, in denen diese Länge geändert werden kann (bei installiertem Brenneraggregat), um den jeweiligen Bedürfnissen Rechnung zu tragen. Solche abgewandelte Ausführungsformen werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 5 erläutert.

Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der eben beschriebenen dadurch, dass ein hohlzylindrisches Glied 17 teleskopisch verschiebbar auf dem am Stutzen 12 angebrachten Einlassrohrteil 13 angeordnet ist und mittels Feststellschrauben 15, 16 an ihm fixiert werden kann. Dieses Glied 17 kann z. B. aus Stahl oder einem Kunststoff bestehen. Die Länge der aus den Teilen 13, 17 bestehenden Lufteinlassleitung ist somit verstellbar.

Für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 besteht die Unterscheidung darin, dass ein als Lufteinlassrohr dienendes Balgrohr 13' mit seinem einen Ende am Einlasstutzen 12 angebracht ist, während das andere Ende 14 offen ist, wobei das Balgrohr 13' teleskopiert werden kann.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist ein mit einer Vielzahl von kleinen Öffnungen 18 versehenes hohlzylindrisches Glied 17' mit seinem einen Ende am Lufteinlassrohrteil 13 angeschlossen. Um dieses Glied 17' erstreckt sich eine Umhüllung aus schallabsorbierendem Material 16, so dass die Kombination des gelochten Gliedes 17' mit dieser Umhüllung 16 zusammen einen Schalldämpfer 19 bildet. In der Ausführungsform nach Fig. 5 ist ein ähnlicher Schalldämpfer vorgesehen wie in der Fig. 4, und zwar ist dieser Schalldämpfer dort an einem zylindrischen Glied 17 angeschlossen, das lösbar an einem Einlassrohrteil 13 angebracht ist; die Einzelheiten in bezug auf 13 und 17 sind die gleichen wie in Fig. 2. Gewünschtenfalls oder notwendigenfalls kann ein schallabsorbierendes Material an der Innenoberfläche des zylindrischen oder balgförmigen Rohres oder Rohrteiles 13 bzw. 13' vorgesehen sein in den Ausführungen nach den Fig. 1—5. In den Ausführungsformen nach den Fig. 2 und 5 kann das Einlassrohrgebilde teleskopiert werden mit Hilfe des äusseren zylindrischen Gliedes 17 während des Betriebes.

Die Fig. 6, 7 und 8 sind Geräuschspektren, die veranschaulichen, wie im Frequenzspektrum FR die Energieanteile vermindert werden können vom Wert bei dem durch Verändern der Länge des Lufteinlassrohres mit einem Innendurchmesser von 0,15 m, welches Lufteinlassrohr im ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Brennaggregates vorgesehen ist, auf eine Länge von 0,8 m (Symbol b in Fig.

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6), eine solche von 1,6 m (Symbol b in Fig. 7) und eine solche von 2,4 m (Symbol b in Fig. 8).

Die Fig. 9 zeigt Messergebnisse betreffend die Tatsache, dass die mit der erfindungsgemässen Ausbildung erzielten Effekte ausgesprochen sind, wobei die Unterschiede zwischen den Pegeln mit den Symbolen a und b nach Fig. 6, 7 und 8 mit den Symbolen c, d, und e bezeichnet sind.

Fig. 10 ist ein Diagramm über Messwerte, die erhalten wurden bei ähnlichen Versuchen, die §n einem stehenden (vertikalen) Heizkessel durchgeführt wurden. Der grösste Effekt wurde erreicht dann, wenn der Luftdurchlass eine Länge von 2,7 m hatte. In der Fig. 10 ist das Symbol a verwendet für den Fall, dass ein üblicher Brenner vorgesehen ist, das

Symbol b für den Fall, dass ein Brenner gemäss erstem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist.

Es ist des weiteren aus den in den Fig. 6—8 dargestellten Versuchsergebnissen und auch aus der Fig. 9 zu ersehen, dass 5 die Länge des Luftdurchlasses in der Praxis zwischen etwa 0,4—4 m betragen sollte. Hinsichtlich der Querschnittsausbildung können bessere Effekte erreicht werden mit kreisförmigen oder quadratischen Querschnittsformen als mit ellipti-tischen oder rechteckigen Querschnittsformen.

io Es sei noch darauf hingewiesen, dass die beschriebenen Ausführungsformen die Verwendung eines kleiner dimensionierten Gebläses ermöglichen, wenig Raum beanspruchen, wenig bauaufwendig sind, aber doch zuverlässig arbeiten.

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5 Blatt Zeichnungen