Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein brennstoffbeheiztes Heizgerät zum Unterdrücken von Schallemissionen bei der Verbrennung eines Brenngas-Luft-Gemisches gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Brennstoffbeheizte Heizgeräte sind in einer Vielzahl von Varianten, insbesondere als Umlaufwasserheizer, bekannt geworden. 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 oben liegenden, 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 Flächen- oder Volumeneinheit des Brenners permanent zu erhöhen.
Es hat sich hierbei gezeigt, dass dann Geräusche, wie z.B. Knattern, Brummen oder Pfeifen auftreten können und den Aufsteller und Betreiber eines solchen Heizgerätes erheblich stören, wenn ein solches Gerät, was öfter vorkommt, in einem Wohnraum platziert wird.
Aus M. Heckl und H. A. Müller "Taschenbuch der technischen Akustik", Berlin 1975, Seite 383, ist ein Helmholtz-Resonator bekannt, bei dem die Schwingmasse durch die Luft in einer Querschnittsverengung (Bohrung oder Schlitz in einer Abdeckplatte) und die Feder durch ein dahinter liegendes Luftvolumen gebildet werden. Hiermit ist es möglich, in einem schwingenden System eine ganz bestimmte Frequenz zu dämpfen. Angewendet auf breitbandige Geräusche versagt diese Methode.
In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass es schallgedämpfte atmosphärische Gasbrenner in Verbindung mit Helmholtz-Resonatoren gibt, vergleiche DE-PS 2 263 471. Hierbei tritt allerdings die Schwierigkeit auf, dass nur ein einziges Brennersystem mit einem Helmholtz-Resonator gedämpft werden kann. Es ist also unmöglich, mit einem einzigen Helmholtz-Resonator eine Vielzahl von Gas-Luft-Injektoren zu dämpfen, man muss dann jedem einzelnen Injektor einen gesonderten Helmholtz-Resonator zuordnen und diesen auf die spezielle Frequenz abstimmen.
Der vorliegenden Erfindung liegt mithin die Aufgabe zu Grunde, allgemein wirksame Massnahmen zu treffen, die solche Geräusche bei Brennern erst gar nicht entstehen lassen, sodass 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 Patentanspruchs 1 oder 3.
Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem abhängigen Patentanspruch.
In den nachfolgend abgehandelten Fig. 1 bis 5 der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele und Einzelheiten der Erfindung näher behandelt.
Es bedeuten:
Fig. 1 eine erste Variante der Erfindung,
Fig. 2 eine Darstellung der Gemischeinlaufstrecke A-B,
Fig. 3 ein Diagramm,
Fig. 4 ein weiteres Diagramm und
Fig. 5 eine weitere Variante der Erfindung.
In allen 5 Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.
Ein brennstoffbeheiztes Heizgerät 1 weist ein Aussengehäuse 2 auf, das dicht ausgeführt ist mit Ausnahme einer \ffnung 3, in der eine Frischluftleitung 5 und eine Abgasleitung 4 durchtritt. Zwischen beiden Leitungen verbleibt ein Spalt 6, durch den Frischluft in den Innenraum 7 des Aussengehäuses 2 gelangt. Aus dem Innenraum 7 des Aussengehäuses 2 wird Luft über eine \ffnung 8 entsprechend dem Streckenanfang A 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/oder in beliebige Zwischenstellungen modulierend eingestellt werden kann.
Die somit festgelegte Gasmenge pro Zeiteinheit gelangt durch eine \ffnung 12 in den Innenraum des Luftkanals 9, der somit stromab der \ffnung 12 als Gas-Luft-Gemisch-Kanal 13 aufzufassen ist.
Das der \ffnung 8 abgewandte Ende des Gemischkanals gelangt in einen Innenraum 14 einer Brennerhaube 15, in der die Gemischbildung zwischen Gas und Luft vervollkommnet wird. Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass als Gas allgemein brennbare Gase, insbesondere Flüssiggas, Erdgas wie auch Stadtgas als auch eine vergaste Flüssigkeit dienen kann (\lbrenner).
Die Brennerhaube 15 ist 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 Keramikfasern. 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 Brennerhaube 15 und der Aussenwandung 19 und 21 von Brennkammer und Wärmetauscher zylindrisch, keglig oder polygon sein kann. Infrage kommen im Wesentlichen eine zylindrische oder eine Vierkantausbildung mit abgerundeten Kanten.
Der Wärmetauscher 20 besteht aus einer Mehrzahl in einer oder mehreren Etagen aufgebauter mit Lamellen 22 versehenen Wasserrohre 23, die über aussen angeordnete Sammelkammern 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 Heizwasserumwälzpumpe 27 angeordnet ist.
Unterhalb der Rohre 23 des Wärmetauschers 20 befindet sich ein Abgassammler 28, der mit einer Abgasleitung 29 verbunden ist. In dieser befindet sich ein von einem Motor 30 angetriebenes Gebläse 31. Der Druckstutzen 32 des Gebläses 31 ist mit der Abgaslei tung 4 verbunden. Das Wort Gebläse steht für jede Bauform, die Luft unter Druck einem Brenner zuführt oder seine Abgase unter Unterdruck absaugt.
Die Variante der Erfindung gemäss Fig. 5 besteht darin, dass das Gebläse 31 nunmehr im Zuluftweg angeordnet ist, sodass 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. 5 in Abwandlung von dem der Fig. 1 um ein Kondensationsheizgerät.
In der Fig. 2 ist der schematisierte Verlauf der Durchlaufstrecke des Brenngas-Luft-Gemisches vom Einlass A (8) bis zum Ort des Brenners B (16) dargestellt. Der Brenner mit einem Volumen VB ist ganz allgemein ein Flächenbrenner - gleich welcher technischen Ausgestaltung - der eine Vielzahl kurzer Flammen erzeugt. Beginnend mit dem Beginn der Strecke bei A entsprechend dem Lufteinlass 8 in Fig. 1 schliesst sich ein erstes Volumen V1 mit einem Querschnitt Q1 an, das bis zum Ort des Gebläses 31 reicht. Dieses Volumen erstreckt sich längs einer Strecke L1, wobei der Querschnitt Q1 über die Länge L1 im Wesentlichen konstant bleibt. Das Gebläse 31 selbst stellt ein Volumen V2 dar, das unmittelbar an V1 anschliesst. Dieses Volumen V2 besitzt einen Querschnitt Q2, der als konstant angesehen wird.
Somit ergibt sich innerhalb des Gebläses eine Streckenlänge L2, längs derer sich das Volumen V2 erstreckt.
An den Austrittsstutzen des Gebläses, in dem übrigens das Gas und die Luft gemischt werden, erstreckt sich ein Volumen V3 in dem die Gemischverteilung zwischen Gas und Luft vervollkommnet wird. Dieses Volumen V3 mit einem Querschnitt Q3 erstreckt sich längs einer Strecke L3. Das letzte Teilstück der Gesamtstrecke von A nach B wird durch das Volumen V4 mit einem Querschnitt Q4, der variabel ist, definiert, das sich längs der Strecke L4 erstreckt und mit dem Innenraum 14 der Brennerhaube 15 identisch ist, aber das Volumen VB des Brenners exkludiert. Das Ende der Strecke ist also mit der dem Brenner-Gesamtvolumen VB zugewandten Seite des Brenners 16 erreicht. Hieran schliesst sich das Volumen des Bren ners, genauer der Brennerplatte VB, selbst an. Dieses Volumen entspricht dem Raum, der im Hinblick auf die speziell gewählte Konstruktion des Brenners von ihm verdrängt wird.
Der Brenner arbeitet in eine Brennkammer 17 hinein, deren Innenraum mit 18 bezeichnet ist. An ihn schliesst sich der Wärmetauscher 20 an, unter dem ein Abgassammler 28 angeordnet ist, von dem das Abgas über eine Abgasleitung 29 abgeleitet wird.
Bei Betrieb von derartigen mit einem Gebläse versehenen Brennern können unerwünschte heftige Schwingungen im hörbaren Bereich auftreten, die von der Brennerbelastung, der Gasart, der Luftzahl, insbesondere im Anfahrzustand, wenn das Gerät selbst noch nicht gleichmässig erwärmt ist, abhängig sind.
Abhilfe beschränkte sich zumeist auf so genannte "Sekundärmassnahmen", wie z.B. Membranen in der Wand des Abgassystems.
Hier soll jedoch ein Weg aufgezeigt werden, wie man von vornherein über einfache geometrische Zusammenhänge diese unerwünschten Schwingungen, insbesondere im Bereich der tiefsten möglichen Frequenz (Grundfrequenz), verhindern kann.
Die folgenden Zusammenhänge beziehen sich auf so genannte Flächenbrenner (z.B. Keramikbrenner), es ist jedoch möglich, auch andere Brennersysteme mithilfe der folgenden Zusammenhänge zu betrachten.
Nach Fig. 2 stehen beispielhaft die vier wesentlichen Volumina, Ansaugung V1 Lüftersystem V2, Gemischverteilung V3 und Vorkammer V4, in einem bestimmten Verhältnis zum Brennervolumen VB und verteilen sich vom Beginn der Luftansaugung über eine Strecke AB = Lgesamt bis zum Brennereintritt nach einer bestimmten Vorgabe.
Vges ist die Summe von V1 + V2 + V3 + V4 ohne VB
Dabei soll nach Möglichkeit gewährleistet sein:
V1 < V2 < V3 < V4 (1)
Weiterhin soll für das Verhältnis des Volumens der Ansaugung V1 zum Brennervolumen VB gelten:
V1 : VB = V1rel
bzw. allgemein für das Element n
Vn : VB = Vn,rel (2a)
Entsprechendes gilt für V2, V3 und V4; V1rel bis V4rel sind jeweils ein Vielfaches von VB. Die zu den Volumina V1 bis V4 gehörigen Streckenabschnitte L1 bis L4 werden gleichermassen definiert: L1rel bis L4rel sind ein Vielfaches von Lges, wobei Lges die Summe von L1+ L2 + L3 + L4.
Es ist also:
L1 : Lges = L1rel
bzw. für das Element n
Ln : Lges = Ln,rel (2b)
Es hat sich nun aus einer Vielzahl von Versuchen über den Zusammenhang der Volumina V1rel bis V4rel und ihre Verteilung auf die Strecken L1rel bis L4rel Folgendes ergeben:
EMI7.1
(3a)
wobei c und d jeweils Konstanten sind,
wobei
2,2 < c < 3,5 (3b)
und
0,30 < d < 0,65
(3c)
Hieraus folgt
EMI7.2
(3d)
vergleiche Fig. 3 und 2 sowie
EMI7.3
(3f)
Für die Gesamtzahl N der Elemente gilt:
EMI8.1
(3g)
Mithilfe der Gleichungen (3a) beziehungsweise (3d) kann man nun nach Fig. 3 den Zusammenhang nach Gleichung (1) quantifizieren (bedeutet die Steigung der Gerade 50 in der Fig. 3).
Bevorzugt wird
EMI8.2
(3h)
aus praktischen Erwägungen mit
- 0,90 < lg Vn,rel < 1,5 (3i)
gewählt im Beispiel
- 0,80 < lg Vn,rel < 1,4 (3j)
In Fig. 4 wird beispielhaft der stufenweise Aufbau der Volumina V1rel bis V4rel, verteilt über die gesamte Länge Lges, dargestellt. Es ergeben sich schrittweise:
EMI8.3
Mithilfe der Gleichungen 2a und 2b können dann die Volumina und die Längen bestimmt werden, wenn VB und Lges bekannt sind.
Umgekehrt ist es auch möglich, beispielhaft die Volumina des Lüftersystems V2 und der Gemischverteilung V3 vorab konstruktiv zu gestalten und dann nach Gleichung (3b) bezüglich der fehlenden Volumina V1 und V4 zu verfahren.
Weiterhin ist es nach dem beschriebenen Verfahren möglich, mehr als die beschriebenen vier Volumina auf der Strecke Lges zu verteilen. Dies ermöglicht es, kleinere "Volumensprünge" zu realisieren und konstruktiv zu gestalten.
Wenn, wie beispielhaft gezeigt, die Volumina nacheinander aufgebaut werden, so werden keine unerwünschten Geräuschemissionen im Bereich der Grundfrequenz bei Betrieb von Gebläsegeräten mit Flächenbrennern, also mit so genannter "flacher Flamme" (wie z.B. Keramikbrenner), erwartet. Wählt man mehrere weitere Volumina, ist analog zu verfahren.
Wird ein Heizgerät gemäss Fig. 1 benutzt, das ein ansaugendes Gebläse im Abgasweg umfasst, so bleibt bei der Berechnung der Volumina und der Strecken das Volumen des Abgasgebläses ausser Betracht. Ansonsten wird bezüglich der Bestimmung der Volumina analog verfahren, wobei auch hier alle Volumina und Strecken stromab des Brenners ausser Betracht bleiben.
Mithilfe dieses Verfahrens werden insbesondere "Brummtöne" im Bereich der Grundfrequenz vermieden und auch deren Obertöne, wenn die Folge der Volumina mehr als vier aufeinander folgende Volumensprünge aufweist.
Die Unterdrückung der Schallemissionen gelingt, wenn die einzelnen Volumina der Gesamtstrecke in Durchströmrichtung des Luft- oder Gas-Luft-Gemisches ansteigen und wenn die Querschnitts-/Längenverhältmisse Q/L, in Durchströmrichtung gesehen, grösser werden oder gleich bleiben. Dieses Ansteigen kann kontinuierlich oder stufig an den Übergangsstellen der Volumina geschehen.
Eventuell vorhandene Einengungen (Messblenden) oder Erweiterungen (Flanschanschlüsse) der Querschnitte sind unkritisch, wenn ihre Länge kurz (< 20%) gegenüber den Längen der benachbarten Querschnitte sind.
The present invention relates to a fuel-heated heating device for suppressing noise emissions during the combustion of a fuel gas-air mixture according to the preamble of patent claim 1.
Fuel-heated heaters have become known in a large number of variants, in particular as circulating water heaters. They are used to heat the water in a heating system for room heating and, in some cases, in addition to or alternatively to produce warm service water. The fuel-heated heaters have a burner either at the bottom or as a fall burner, then at the top, which burns a gas-air mixture in a combustion chamber, which is then passed through a heat exchanger and reaches the atmosphere through an exhaust pipe.
The fan burners are either designed so that the fan is arranged on the supply air side and either only conveys air to which the gas to be burned is then added, or the fan is arranged in the exhaust pipe and sucks the gas-air mixture through the burner and the heat exchanger therethrough.
In the course of the further development of such devices, attempts were made to increase the power densities of the burners, that is to say to permanently increase the power yield in kW per unit area or volume of the burner.
It has been shown that noises such as Crackling, humming or whistling can occur and significantly disrupt the installer and operator of such a heating device if such a device, which occurs more often, is placed in a living room.
A Helmholtz resonator is known from M. Heckl and HA Müller "Paperback of Technical Acoustics", Berlin 1975, page 383, in which the vibrating mass is restricted by the air in a cross-sectional constriction (hole or slot in a cover plate) and the spring by one air volume behind it are formed. This makes it possible to dampen a specific frequency in a vibrating system. Applied to broadband noise, this method fails.
In this context, it should be mentioned that there are sound-damped atmospheric gas burners in connection with Helmholtz resonators, compare DE-PS 2 263 471. Here, however, the difficulty arises that only a single burner system can be damped with a Helmholtz resonator. It is therefore impossible to dampen a large number of gas-air injectors with a single Helmholtz resonator. You then have to assign a separate Helmholtz resonator to each individual injector and adjust it to the specific frequency.
The present invention is therefore based on the object of taking generally effective measures which do not cause such noises in the case of burners in the first place, so that the operation of the heating devices is also possible in living rooms.
According to the invention, this object is achieved in a fuel-heated heating device of the type specified in the introduction by the characterizing features of patent claim 1 or 3.
Further refinements and particularly advantageous developments of the invention result from the dependent patent claim.
Exemplary embodiments and details of the invention are dealt with in more detail in FIGS. 1 to 5 of the drawing, which are dealt with below.
It means:
1 shows a first variant of the invention,
2 shows the mixture inlet section A-B,
3 is a diagram,
Fig. 4 shows another diagram and
Fig. 5 shows a further variant of the invention.
In all 5 figures, the same reference numerals denote the same details.
A fuel-heated heater 1 has an outer housing 2, which is designed to be sealed, with the exception of an opening 3, in which a fresh air line 5 and an exhaust gas line 4 pass. A gap 6 remains between the two lines, through which fresh air enters the interior 7 of the outer housing 2. Air is sucked into the air duct 9 from the interior 7 of the outer housing 2 via an opening 8 corresponding to the beginning of the route A. A gas fitting 10 is arranged on one side of the air duct and gas is supplied via a gas line 11. In the gas valve there is, among other things, a gas valve that can be opened, closed and / or set in a modulating manner in any intermediate positions by a control system, not shown.
The gas quantity thus determined per unit of time passes through an opening 12 into the interior of the air duct 9, which is thus to be regarded as a gas-air mixture duct 13 downstream of the opening 12.
The end of the mixture channel facing away from the opening 8 reaches an interior 14 of a burner hood 15 in which the mixture formation between gas and air is perfected. At this point, it is pointed out that generally flammable gases, in particular liquid gas, natural gas as well as town gas, as well as a gasified liquid can serve as the gas (\ l burner).
The burner hood 15 is closed off on the side facing away from the air pipe 9 by a burner plate 16 which has a multiplicity of gas-air mixture passage openings. This burner plate can be designed as a metal plate and provided with a multiplicity of bores, it can also be designed as a ceramic plate and also have bores or holes in this configuration, it can be designed as a fleece or as a woven fabric made of wire and / or ceramic fibers. On the underside of this burner plate 16, the gas-air mixture burns in the interior 17 of a combustion chamber 18 which has an outer wall 19. A heat exchanger 20, which is surrounded by an outer wall 21, adjoins the combustion chamber.
In general, it can be said that the outer shape of the burner hood 15 and the outer wall 19 and 21 of the combustion chamber and heat exchanger can be cylindrical, conical or polygonal. Essentially, a cylindrical or a square shape with rounded edges are possible.
The heat exchanger 20 consists of a plurality of water pipes 23 which are constructed in one or more floors and are provided with fins 22 and which are connected to one another in parallel and / or in series via collecting chambers 24 arranged on the outside. This heat exchanger is connected to a supply and return line 25 or 26, a heating water circulation pump 27 being arranged in one of the two lines.
Below the tubes 23 of the heat exchanger 20 there is an exhaust manifold 28 which is connected to an exhaust pipe 29. In this there is a fan 31 driven by a motor 30. The pressure port 32 of the fan 31 is connected to the exhaust gas line 4. The word blower stands for any design that feeds air under pressure to a burner or sucks off its exhaust gases under negative pressure.
The variant of the invention according to FIG. 5 is that the blower 31 is now arranged in the supply air path, so that the mixture of gasified fuel and air under pressure - and not under negative pressure with respect to the atmosphere as in FIG. 1 - the interior 14 the burner hood 15 is supplied. Furthermore, the subject of FIG. 5 in a modification of that of FIG. 1 is a condensation heater.
2 shows the schematic course of the passage of the fuel gas-air mixture from inlet A (8) to the location of burner B (16). The burner with a volume VB is generally a surface burner - regardless of the technical design - that generates a large number of short flames. Starting with the beginning of the route at A corresponding to the air inlet 8 in FIG. 1, a first volume V1 with a cross section Q1 follows, which extends to the location of the blower 31. This volume extends along a distance L1, the cross section Q1 remaining essentially constant over the length L1. The blower 31 itself represents a volume V2, which directly adjoins V1. This volume V2 has a cross section Q2, which is considered to be constant.
This results in a section length L2 within the fan, along which the volume V2 extends.
At the outlet port of the fan, in which the gas and air are mixed, by the way, a volume V3 extends in which the mixture distribution between gas and air is perfected. This volume V3 with a cross section Q3 extends along a distance L3. The last section of the total distance from A to B is defined by the volume V4 with a cross section Q4, which is variable, which extends along the distance L4 and is identical to the interior 14 of the burner hood 15, but excludes the volume VB of the burner , The end of the path is thus reached with the side of the burner 16 facing the total burner volume VB. This is followed by the volume of the burner itself, more precisely the burner plate VB. This volume corresponds to the space that is displaced by the burner in view of the specially selected design of the burner.
The burner works in a combustion chamber 17, the interior of which is designated 18. It is followed by the heat exchanger 20, below which an exhaust manifold 28 is arranged, from which the exhaust gas is discharged via an exhaust pipe 29.
When operating such burners equipped with a fan, undesirable violent vibrations can occur in the audible range, which are dependent on the burner load, the type of gas, the air ratio, especially in the start-up state when the device itself is not yet uniformly heated.
Remedy was mostly limited to so-called "secondary measures", such as Membranes in the wall of the exhaust system.
Here, however, a way is to be shown how one can prevent these undesired vibrations from the outset by simple geometric relationships, especially in the range of the lowest possible frequency (fundamental frequency).
The following relationships relate to so-called surface burners (e.g. ceramic burners), however it is possible to consider other burner systems using the following relationships.
According to Fig. 2, the four essential volumes, intake V1 fan system V2, mixture distribution V3 and prechamber V4, are in a certain ratio to the burner volume VB and are distributed from the start of the air intake over a distance AB = L total to the burner inlet according to a specific specification.
Vges is the sum of V1 + V2 + V3 + V4 without VB
If possible, the following should be guaranteed:
V1 <V2 <V3 <V4 (1)
The following should also apply to the ratio of the volume of the intake V1 to the burner volume VB:
V1: VB = V1rel
or generally for the element n
Vn: VB = Vn, rel (2a)
The same applies to V2, V3 and V4; V1rel to V4rel are multiples of VB. The route sections L1 to L4 belonging to the volumes V1 to V4 are defined in the same way: L1rel to L4rel are a multiple of Lges, where Lges is the sum of L1 + L2 + L3 + L4.
So it is:
L1: Lges = L1rel
or for the element n
Ln: Lges = Ln, rel (2b)
The following has emerged from a large number of tests on the relationship between the volumes V1rel to V4rel and their distribution over the distances L1rel to L4rel:
EMI7.1
(3a)
where c and d are constants,
in which
2.2 <c <3.5 (3b)
and
0.30 <d <0.65
(3c)
It follows from this
EMI7.2
(3d)
compare FIGS. 3 and 2 as well
EMI7.3
(3f)
For the total number N of elements:
EMI8.1
(3g)
The equations (3a) and (3d) can now be used to quantify the relationship according to equation (1) according to FIG. 3 (means the slope of the straight line 50 in FIG. 3).
Is preferred
EMI8.2
(3h)
for practical reasons
- 0.90 <lg Vn, rel <1.5 (3i)
chosen in the example
- 0.80 <lg Vn, rel <1.4 (3j)
4 shows, by way of example, the step-by-step structure of the volumes V1rel to V4rel, distributed over the entire length Lges. There are gradually:
EMI8.3
The equations 2a and 2b can then be used to determine the volumes and lengths if VB and Lges are known.
Conversely, it is also possible, for example, to constructively design the volumes of the fan system V2 and the mixture distribution V3 beforehand and then proceed according to equation (3b) with regard to the missing volumes V1 and V4.
Furthermore, according to the method described, it is possible to distribute more than the four volumes described on the route Lges. This makes it possible to realize smaller "volume jumps" and to design them constructively.
If, as shown by way of example, the volumes are built up one after the other, no undesirable noise emissions in the range of the fundamental frequency are expected when operating blower units with surface burners, i.e. with a so-called "flat flame" (such as ceramic burners). If several other volumes are selected, the procedure is analogous.
If a heater according to FIG. 1 is used, which comprises an intake fan in the exhaust gas path, the volume of the exhaust gas fan is not taken into account when calculating the volumes and the distances. Otherwise, the procedure for determining the volumes is analogous, with all volumes and distances downstream of the burner also being disregarded here.
With the aid of this method, in particular "humming tones" in the range of the fundamental frequency and also their overtones are avoided if the sequence of the volumes has more than four successive volume jumps.
The noise emissions are suppressed if the individual volumes of the total distance increase in the flow direction of the air or gas-air mixture and if the cross-sectional / length ratios Q / L, seen in the flow direction, become larger or remain the same. This increase can take place continuously or in stages at the transition points of the volumes.
Any constrictions (orifices) or extensions (flange connections) of the cross sections are not critical if their length is short (<20%) compared to the lengths of the adjacent cross sections.