PROCESS AND DEVICE FOR MINIMIZING THE SOUND EMISSION OF A PREMIX BURNER

Abstract: 1. A process of minimizing the radiation of sound from a premixing burner, which is fed with a gas-air mixture, comprising at least one gas nozzle, which is associated with an injector, and combustion slots, characterized in that the gas is defined (Wobbe number) and the minimum sound radiation is defined as well as the heat output (which is determinable from the total flow area and the gas velocity in the nozzle or nozzles and the total flow area of the injector is defined by the relation see diagramm : EP0035153,P8,F1 wherein V is the sum of the entire gas and air flow, P is a proportionality factor, N is the predetermined maximum sound radiation and K is a constant, which is determined by the Wobbe member, the sound velocity, the load per unit of nozzle area, and the total nozzle area, and the load per unit of combustion area is determined by the relation see diagramm : EP0035153,P8,F2

Description: Verfahren und Vorrichtung zum Minimieren der Schallab strahlung eines Vormischbrenners Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Minimieren der Schallabstrahlung eines mit einem Gas-Luftgemisch gespeisten Vormischers gemäss dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens und auf die nach dem Verfahren hergestellten Brenner. Bei Vormisch-Gasbrennern ergibt sich ein Gesamtgeräusch, das im wesentlichen in drei Einzelgeräusche unterteilt werden kann. 1. Das Geräusch, das durch die Verbrennung entsteht. 2. Das Geräusch, das am Injektor auftritt. 3. Das Geräusch, das sich bei der Strömung von Gasen aus Düsen bildet. Weitere Geräusch-Quellen können das Geräusch im Gas-Zufuhrrohr sowie das Austrittsgeräusch des Gas-Luftgemisches aus den Brennerschlitzen darstellen. Gegenüber den unter eins bis drei erwähnten Geräuschen sindvdiese beiden Geräusch Quellen aber ohne weiteres vernachlässigbar. Zu 1 - Verbrennungsgeräusch Messungen, wie sie beispielsweise in Figur vier gezeigt werden, ergeben, dass das Verbrennungsgeräusch den grössten Schalldruck erzeugt. Das Maximum des Schallpegels liegt bei etwa 500 Hz, vergleiche auch GWF 115 (1974, Heft 2, Seite 50). Wie diese Literaturstelle auch aussagt, ist der Schalldruck von der Wärmeleistung und von dem Grad der Luftbeimischung zum Gas abhängig. Je mehr Luft bei gleichem Gas-Durchsatz beigemischt wird, um so höher ist der entstehende Schalldruck. Zu 2 - Injektorgeräusch Dieses Geräusch herrscht in einem Bereich zwischen 1 und 8 kHz vor. Es ist abhängig von der Primärluft-Zuführung und bildet typische Resonanzfrequenzen bei der Strömung des Gas Luftgemisches im Injektor. Zu 3 - Düsenausström-Geräusch Die Frequenz-Analyse zeigt Spitzenwerte des Schalldrucks im Bereich grösser 8 kHz. Aufgrund der Vergleiche der drei Geräusch-Quellen kann gesagt werden, dass das Düsenausströmgeräusch klein ist gegen über dem Verbrennungs- und Injektorgeräusch. Im Verlauf des bisherigen Bestrebens, die einzelnen Geräusch Quellen von Vormischbrennern zu ermitteln, zu gewichten und für sie Abhilfe zu schaffen, ist es gemäss GWF 108 (1967) 47, Seite 1325 bis 1336 bekanntgeworden, dass sich die einzelnen Schalldrücke bezogen auf die Geräusch-Quellen verhalten, wie dies etwa in Figur vier dargestellt ist. Es sind jedoch dem Stand der Technik keine Anweisungen entnehmbar, welche Massnahmen im einzelnen vorzunehmen sind, um die unterschiedlichen Geräusch-Quellen in ihren Schalldruckpegeln herabzudrükken, und wie bei der Konstruktion von Brennern zu verfahren ist, um diese Ziele zu erreichen. Aus der Literaturstelle ist es bekanntgeworden, dass Mehrlochdüsen einen niedrigeren Schalldruckpegel ergeben als Einlochdüsen vom gleichen Gesamt Querschnitt. Diese Aussage kann mit hinreichend grosser Genauigkeit auch auf Brenner angewendet werden, bei denen jeweils einer Düse ein Injektor zugeordnet ist. Ausgehend von allgemeinen Überlegungen könnte man auf das Verbrennungsgeräusch insoweit Einfluss nehmen, als dass man die Brenngemisch-Gasaustrittsschlitze in einzelnen Brennerrohren grösser gestaltet, um einen ruhigeren Austritt des Brenngas-Luftgemisches zu erzielen. Diese Massnahme findet aber dort ihre Grenze, wo die Flamme durch die grösser werdenden Brennerschlitze hindurch auf die Düse zurückschlägt. Dieser Fall tritt aber bei einer Grösse der Brennerschlitze dann schon ein, wenn es zu einer nennenswerten Beruhigung der austretenden Strömung noch garsnicht kommen kann. Das Problem des Injektor-Geräusches hat man schon versucht durch-sogenannte Helmholtz-Resonatoren in Angriff zu nehmen. So ist zum Beispiel aus der DE OS 21 17 337 ein mit einem Helmholtz-Resonator versehener Brenner für gasbeheizte Geräte bekanntgeworden, wobei an der Eintrittsöffnung der Primärluft-Ansaugkammer eine schalldämmende Einrichtung mit einer Resonanz-Frequenz von mindestens 600 Hz vorgesehen ist. Speziell war vorgesehen, dass der Helmholtz-Resonator eine Resonanz-Frequenz von 1 bis 1,5kHz aufweist. Helmholtz-Resonatoren können jedoch nur eine bestimmte Frequenz beziehungsweise über die Bandbreite nur einen ganz engen Frequenzbereich auslöschen. Um demgemäss das gesamte Injektor Geräusch in einem Frequenzbereich von etwa 1 bis 8 kHz auslöschen zu können, wären etwa fünf Helmholtz-Resonatoren pro Düse notwendig. Es zeigt sich hieraus, dass bei einem Mehrdüsenbrenner der Aufwand untragbar ist, von der Baugrösse ganz zu schweigen. Theoretisch ist das Düsenausström-Geräusch von Lighthill (Proceeding Royal Society A 221 (1952) und A 222 (1954)) untersucht und beschrieben worden. Es besagt, dass die Schallleistung einer turbulenten Strömung, und darum handelt es sich bei den hier beschriebenen Brennern und ihren Düsenströmungen immer, der 8. Potenz der Düsenaustritts-Geschwindigkeit und dem Quadrat des Düsendurchmessers proportional ist. EMI5.1 Wobei pO die Dichte des Mediums bedeutet, uo die Düsenaustritts-Geschwindigkeit, d der Düsendurchmesser und a die 0 Schallgeschwindigkeit bedeuten. Aus dem Iighthill 'schen Gesetz kann abgeleitet werden, dass die Schallabstrahlung infolge der Strömung aus der Düse vor allem durch kleinere Strömungsgeschwindigkeiten verringert wird. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, bei dem unter Konstanthaltung der Wärmeleistung und bei einem festgelegten Gas sowie einer vorgegebenen maximalen Schallabstrahlung die Schallpegel für das Verbrennungs- und Injektor-Geräusch minimiert werden können. Aus einer grossen Zahl von Messungen an Vormisch-Gasbrennern der unterschiedlichsten Konstruktionen, in denen der Zusammenhang zwischen dem Schalldruck- bzw. Schalleistungspegel und der spezifischen Brennerflächen-Belastung, der spezifischen Düsenbelastung, dem Wobbe-Index des betreffenden Gases, der Strömungsverhältnisse im Injektor sowie der Düsengesamtfläche festgestellt werden konnte, wurde die folgende Beziehung gefunden: : EMI6.1 Hierbei bedeuten N die theroretische Schalleistung in [ W] , QD die spezifische Düsenflächen-Belastung intWini2j AB die spezifische Brennflächenbelastung[W/mê] , W die Wobbe Zahl in6Ws/m32 , a die Schallgeschwindigkeit inrm/s7 , VjNdie mittlere Geschwindigkeit des Gasluft-Gemisches im Injektor in [m/s] ,2 AD die Gesamtfläche der Düsenöffnungen in [ m27 Die weiteren Ausführungen über das erfindungsgemässe Verfahren beziehen sich auf die Erdgasfamilie, weil Brenner in dieser Familie am weitesten verbreitet sind. Es bereitet aber keine Schwierigkeiten, die für das Erdgas gewonnenen Erkenntnisse auf andere Gase oder Gas-Luftgemische zu übertragen. Im Erdgasbereich kann man die Wobbe-Zahl wie folgt annehmen: EMI6.2 Pür die Bestimmung der Exponenten wurde die Gleichung (2) so behandelt, dass jeweils einer der Multiplikatoren variabel angesetzt wird und die anderen als Konstanten betrachtet werden. Es konnten dann eine Vielzahl von Brennern durchgemessen werden, wobei die Exponenten auch bei den unterschiedlichen Brennerkonstruktionen als näherungsweise gleich angesehen wurden. Aus diesen Messungen ergeben sich die Exponenten wie folgt: n nl = 1s5 = n3 ; n2 = l = n6 6 = 6 ; n5 " 4,5 Unter Berücksichtigung der nunmehr festliegenden Exponenten kann man aus der Gleichung (2) ersehen, dass die Schalleistung eines atmosphärischen Brenners direkt proportional der Düsenflächen und der Brennerflächen-Belastung ist, weiterhin proportional der mittleren Geschwindigkeit des Gas-Luftgemisches im Injektor und der Gesamtfläche aller Düsen und umgekehrt proportional der Wobbe-Zahl. In der Gleichung (2) sind le diglich QAB und VFNvoneinander unabhängig. Weiterhin sind folgende Grössen entweder als Konstanten anzunehmen oder als Konstante bei der vorzunehmenden Geräusch-Optimierung anzusetzen. Das sind im wesentlichen die Schallgeschwindigkeit a sowie die spezifische Düsenflächen-Belastung und die Summe aller Düsenflächen. Das Produkt aus QD und2AD entspricht der Wärmeleistung des Brenners. Die Schallgeschwindigkeit bezieht sich einmal auf die aus einem Raum einströmende Luft sowie das über das Gas-Zufuhrrohr in den Injektor einströmende Gas, deren mittlere Temperaturen im Bereich von 100 OC als konstant anzusetzen sind. Das brennende Gas-Luft gemisch weist eine Temperatur von circa 1.400 OC auf, die im wesentlichen auch als konstant angesetzt werden kann. Massgeblich für die Variation von a wären also nur die absoluten Temperaturhöhen. Innerhalb der Erdgasfamilie oder einer anderen Gasfamilie soll also ein atmosphärischer Brenner so optimiert werden, dass die theoretische Schalleistung N bei einer bestimmten Wärmeleistung unterschritten wird. Unter Berücksichtigung der vorgenannten Prämissen vereinfacht sich die Gleichung (2) auf folgende Gleichung (5) oder Gleichung (6). EMI8.1 Der Ansatz für die Minimierung lautet nun: Die beiden den Wert N durch K ergebenen Faktoren sollen so gewählt werden, dass ihre Summe möglichst klein ist. Die eben geschilderte Forderung entspricht folgendem mathematischem Ansatz: EMI8.2 Als Randbedingung wird Gleichung (6) gemäss Gleichung (8) verwendet. EMI9.1 Aufgrund des Lagrange'schen-Ansatzes ergibt sich somit folgende Lösung: EMI9.2 Das bedeutet in Worten, dass der Betrag der mittleren Gas Luft-Gemisch-Geschwindigkeit hoch 4,5 ziffernmässig der spezifischen Brennflächen-Belastung entsprechen muss, um der eingangs genannten Forderung Genüge zu tun. Damit ergeben sich Gleichungen (10) und (11). EMI9.3 Es ist physikalisch sinnvoll, dass die Werte von QAB und VIN nicht überschritten werden, jedoch in gewissem Masse unterschritten werden dürfen. Auf der allgemein gültigen Basis gemäss den Gleichungen (10) und (11) haben aber Messungen ergeben, dass VINwesentlich ver ringert werden kann, ohne dass die einwandfreie Verbrennung leidet. Unter einwandfreier Verbrennung ist zu verstehen, dass die an den Brennflächen-Schlitzen entstehenden Flamme weder von den Brennflächen-Schlitzen abhebt noch unter Bildung von CO verbrennt. Unter dieser Voraussetzung kann Gleichung (11) wie folgt weitergeschrieben werden: EMI10.1 In der Gleichung (12) bedeutet 1:P den Verringerungsfaktor. Die Messungen haben ergeben, dass P gemäss Gleichung (13) einzugrenzen ist. Wird der kleinere Wert von P unterschritten, wird die Flamme zum Abheben neigen, ein Überschreiten des grösseren Wertes würde eine unvollständige Verbrennung bedeuten. Aus rein praktischen Erwägungen wird der Bereich von P eingeengt gemäss Gleichung (14). (14) 2,54 pC 3,8 Ein an jedem Gas-Vormischbrenner feststellbares Bauteil ist die Summe aller Injektor-Durchtrittsflächen. Bei Verwendung eines einzigen Injektors ist das der Querschnitt des Injektors an seiner engsten Stelle, bei Mehrdüsenbrennern mit entsprechend mehr Injektorrohren ist das die Summe aller kleinsten Durchtrittsstellen sämtlicher Injektoren. Diese Gesamtfläche verhält sich gemäss Gleichung 15. EMI10.2 Hierbei setzt sich V gemäss Gleichung (16) zusammen, wobei als Luftdurchsatz nur der Primärluftdurchsatz zu verstehen ist, also der Durchsatz, der mittels der Gasdüsen durch die Injektorrohre durchgeblasen wird. (16) V = VGas + VLuft Setzt man aus Gleichung (12) den Wert für VINin Gleichung (15) ein, so ergibt sich Gleichung (17). EMI11.1 Somit ist die Gesamtfläche des Injektors (oder der Injektoren) ziffernmässig bestimmt, wobei der Wert, nach dem ein Injektor gemäss Gleichung (17) bestimmt ist, nicht unterschritten werden darf, weil dies zu einer unmittelbaren Erhöhung der Schallabstrahlung führen würde, während ein Überschreiten des Wertes zunächst nur zu einer Verschlechterung der Verbrennung führt. Man kann hieraus ersehen, dass sich die Optimierung der Schallabstrahlung und das Erreichen einer optimalen Verbrennung teilweise widersprechen. Gemäss Gleichung (17) kann somit bei einer vorgegebenen Gasfa milie einer vorgegebenen maximalen Schallabstrahlung sowie einer gegebenen Wärmeleistung die gesamte Injektordurchtrittsfläche des Brenners berechnet werden. Bei Einhaltung dieser Injektorfläche kann man sicher sein, dass die sich in der Pra- xis ergebene Schallabstrahlung kleiner als der theoretische vorgegebene Wert sein wird. Der rechnerische Wert für die spezifische Brennerflächenbelastung QAS ergibt sich unmittelbar aus Gleichung (10). Die aus dieser Porm ermittelten praktischen Werte können in den betrieblichen Toleranzen zwar sowohl über- als auch unterschritten werden, das Unterschreiten führt unmittelbar zu einer Anhebung der Geräusch-Abstrahlung, während das Überschreiten zu einem Zurückschlagen der Flammen führt. Damit sind die beiden wichtigsten Daten eines Brenners vorgegeben. Bevor aus den Gleichungen (17) und (10) an einem Berechnungsbeispiel die Konstruktion eines Brenners dargelegt wird, soll noch die Schallgeschwindigkeit eingegrenzt werden. Aus rein praktischen Erwägungen wird mit Werten von m al = 1100 s im Bereich der Brennerflächen und m a2 = 400 s im Bereich des Injektors gearbeitet. Die spezifische Düsenflächen-Belastung QD ist der Durch satz an Gas-Luftgemisch bei einem vorgegebenen Heizwert bezogen auf den einzelnen Durchlass-Querschnitt. Dieser Wert wird aus rein praktischen Erwägungen angenommen zu EMI13.1 Ein höherer Wert führt gemäss Figur vier zu einer höheren Schallabstrahlung bezüglich des Düsengeräusches, eine Verkleinerung des Wertes führt zu einem geringeren Gasdurchsatz durch die Düsen, damit zu einem geringen Impuls und damit zu einer geringeren Luftansaugung und damit zu einer geringeren Brennerleistung beziehungsweise zu einer unvollständigen Verbrennung. (18) 5 . 108 < QD 1,5 109 WZ m Bei der Konstruktion des Brenners wird die maximale Schallleistung, die abgestrahlt wird, vorgegeben. Heutige auf dem Markt befindliche Brenner haben eine Schalleistung von im Mittel von über 60 dB (A). Die unterste bekanntgewordene Grenze liegt bei 52 dB (A). Mit dem erfindungsgemässen Verfahren werden Schalleistungen der Grössenordnung von 40 dB (A) angestrebt. Dieser Wert ist somit als Prämisse vorauszusetzen. Es wäre ebensogut möglich, sich einen anderen Schalleistungspegel vorzugeben und mit diesem als Prämisse zu rechnen. Anhand der vorgegebenen Werte für die angestrebte Schalleistung, die Schallgeschwindigkeit, die Wobbe-Zahl, die spezifische Düsenbelastung und den Proportionalitätsfaktor soll im folgenden ein Beispiel für einen atmosphärischen Gasbrenner der Leistung von 30 kW durchgerechnet werden, der mit Erdgas betrieben wird und der eine Schalleistung von nicht mehr als 40 dB (A) erzeugen soll. Die spezifische Düsenbelastung sei nicht grösser als 8 . lO8 W2 m2 Die zugrundeliegende Wobbe-Zahl sei 40 io6 Die Schallgeschwindigkeit betrage A = 1.100 bzw. 400 m/s. Der Proportionalitätsfaktor p sei 3,5. Einem Schalleistungspegel von 40 dB (A) entspricht eine Schallleistung von (19) N = 10 w Zunächst muss die Summe sämtlicher Düsenflächen ermittelt werden. Sie ermittelt sich aus der vorgegebenen Wärmeleistung, bezogen auf die Düsenflächen-BelastungQu . Somit ergibt sich-eine Gesamtdüsenfläche von 3,75 x 10 5 m2. Hierbei ist es gleich- gültig, ob sich diese Fläche auf eine oder eine Vielzahl einzelner Düsen verteilt. Somit kann als nächstes K ausgerechnet werden. Aus Gleichung (2) folgt, dass K folgende Glieder umfasst: EMI14.1 Dann sind: (21) K1 = 1,87 . 10-21 für QAB und (22) K2 = 8,03 . 10-19 für VIN. Aus den Gleichungen (10), (19) und 21 ergibt sich somit für QAB t 6W 2,3 .10 m2 . Aus den Gleichungen (12), (19) und (22) kann VIN ausgerechnet werden, was sich zu 3,8 m ergibt. 5 Daraus lässt sich die Gesamtheit der Injektor-Durchtrittsflächen mit ililfe der Gleichung (17) errechnen. -3 AIN 1,21 10 m2, wobei aus praktischen Gründen V mit -3m 4,6 . 10 s nach Gleichung (16) für eine Leistung von 30 kW 5 festgelegt ist. Somit liegen die Konstruktionsdaten für den Brenner fest, was die Minimierung der Schallabstrahlung angeht. Während die Werte für die Schallgeschwindigkeit und für die Wobbe-Zahl Grössen darstellen, die dem Brenner-Konstrukteur in der Variation entzogen sind, sind die Werte für die Düsenflächen-Belastung und den Proportionalwert p änderbar. Bei einer Durchprüfung der Bereiche beziehungsweise Werte für Qt) und p hat sich herausgestellt, dass die Bereiche von QD und p die früher genannten Werte nicht verlassen sollen. Bei der weiteren praktischen Überprüfung der durch die Formeln für QAB und AIN gefundenen Grössen hat es sich herausgestellt, dass man das Produkt von QAB und AIN als eine Grösse ansehen kann, die nicht überschritten werden darf. Für die praktische Bemessung des Brenners muss somit einem fallenden Wert von QAB ein steigender Wert von AIN zugeordnet werden und nicht umgekehrt. Es ist hierbei selbstverständlich, dass der Wert für das Produkt von QAB x AIN aber veränderbar ist mit dem Wert der vorgeschriebenen nicht zu überschreitenden Schallabstrahlung. Anhand der Figuren eins bis drei der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für einen nach änderungsgemässen Bemessungsregeln schalttechnisch gerechten Brenner dargestellt: Es bedeuten Figur eins eine Ansichtsdarstellung einer Brenner hälfte eines Brenners für einen Umlauf-Gas-Wasser heizer Figur zwei eine Schnittansicht auf die Brennerhälfte niit Düsenronr senkrecht in Ebene II-II zur Ansicht gemäss Figur eins geschnitten und Figur drei eine abgebrochene Ansicht auf die Brennerrohre gemäss Figur zwei von oben zur Darstellung der einzelnen Brennflächenschlitze. In allen drei Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten. Ein Erdgasbrenner für ein gasbeheiztes Gerät, sei es ein Durchlauferhitzer oder Umlaufwasserheizer sowie Kessel oder Luftheizofen, weist ein Gaszufuhrrohr 1 auf, das von einem nicht dargestellten Erdgasnetz mit Gas versorgt wird. Das Gaszufuhrrohr 1 speist ein Düsenrohr 2, das wenigstens eine Gasdüse4im vorliegenden Beispiel aber sieben Gasdüsen4pro Brennelement 3, aufweist. Die einzelnen Gasdüsen 4 besitzen jede einen Durchtrittskanal für das Gas, die addierte Fläche der einzelnen Düsenkanäle ergibt somit die Gesamtdüsen-Durchtrittsfläche. Sämtliche Gasdüsen4blasen in Injektorrohre 5 ein, die von zwei Blechteilen 6 und 7 hälftig geformt werden. Die Injektorrohre - pro Düse ist jeweils ein Injektorrohr vorgesehen weisen an ihrer Gas düse 4 zugewandten Mündung 8 Kegelstumpfform auf, der Kegel 9 ist so angeordnet, dass sich der Kegel in Richtung des aus der Düse 4 auströmenden Gases verjüngt. Am Ende des Kegels bildet sich eine nahezu zylinderische Engstelle 10, an die sich ein weiterer Kegel 11 anschliesst, der sich in Richtung des strömenden Gases wieder öffnet. Sämtliche addierte Querschnittsflächen der einzelnen Engstellen 10 jedes Injektorrohres 5 ergibt somit die Gesamtinjektorfläche. Die einzelnen Kegel 11 münden in eine Gasverteilerkammer 12, an deren Oberseite reitend einzelne Brennerrohre 13 vorgesehen sind. Die Anzahl der Brennerrohre 13 kann von der Düsenanzahl abweichen. Bevorzugt sind mehrere Brennerrohre 13 vorgesehen als Düsen4beziehungsweise Injektorrohresvorhanden sind. Die Brennerrohre 13 weisen hochkant rechteckige Gestalt auf, an ihrer oberen Schmalfläche 14 sind Brennschlitze 15 bzw. oeffnungen 15 vorgesehen, die im Prinzip beliebige Gestalt haben können, wie dies Figur drei im einzelnen darstellt. Die Summe der Einzelflächen aller Brennschlitze 15 bzw. öffnungen 15 ergibt die gesanite Brennfläche. Die Funktion des in den Figuren eins bis drei dargestellten Brenners ist folgende: Dem Gaszufuhrrohr 1 zugeführtes reines Erdgas - gegebenenfalls auch Flüssiggas oder Kokereigas - wird dem Düsenrohr oder den Düsenrohren 2 zugeführt, wo es zu der Vielzahl parallelliegender Gasdüsen 4 gelangt. Jede Gasdüse bläst zentrisch und ohne Versatz in das zugehörigen Injektorrohr 5 ein und reisst aus dem Spalt 16 zwischen Düsenende und Mündung 8 sämtlicher Injektorrohre Primärluft mit sich. Jedes Injektorrohr5wird somit von einem Gas-Luftgemisch durchstromt,welchesim Bereich des Injektors intensiv verwirbelt und vermischt wird. Das Gas-Luftgemisch tritt in die Gasverteilerkammer 12 ein, die zu einer Vergleichmässigung der einzelnen Gas-Luftgemische aus den einzelnen Injektoren beiträgt. Aus der Gas verteilerkammer werden die einzelnen Brennerrohre 13 gespeist, aus denen Gas-Luftgemisch jeweils an der Oberseite durch die Brennflächenschlitze 15 austritt, wo es durch eine nicht dargestellte Zündvorrichtung entzündet wird und verbrennt. Die Erfindung hat es sich zum Ziel gesetzt, das Ansaugegeräusch, also das Geräusch, das im Spalt 16 aufgrund der Ansaugung der Primärluft durch den Gasstrom entsteht, und das Verbren nungsgeräusch, das beim Durchtritt des Gas-Luftgemisches durch die Brennflächenschlitze 15 auftritt, zu minimieren, in dem Verhältnis schon untersucht worden, über die die einzelnen physikalischen Grössen miteinander in Verbindung stehen. Durch die Erfindung wird erreicht, dass durch entsprechende Bemessung der Injektorenflächen und der Brennschlitze diese Geräusche minimiert werden können. Mit der Erfindung wurde bei der Geräuschminimierung bislang auf die grössten QAB und AlN abgestellt. Die spezifische Brennerflächen-Belastung QAB setzt sich zusammen aus der Wärmeleistung, die mit dem Brenner erzeugt wird, und der Summe der Flächen aller Brenneraustrittsschlitze AB . Es besteht folgender Zusammenhang: EMI19.1 Da eine Wärmeleistung von 30 kW vorausgesetzt wurde und beim W durchgerechneten Beispiel einQAB -Wert von = 2,3 . 106 mê ermittelt wurde, ergibt sich (24) AB = 3#104 = 1,3 io2 m2 2,3#106 Bei dem behandelten Beispiel muss somit die Summe aller Brennflächenaustrittsschlitze 130 cm2 sein. Dieser Wert wäre an dem zugehörigen Brenner direkt messbar. Ausgehend von diesen Überlegungeh,statt QAB in die Überlegungen einzubeziehen, wurde gefunden, dass sich der Schallleistungspegel in db (A) gemäss Figur fünf verhält zu dem Ver hältnis von AB entsprechend einer hyperbelähnlichen A IN Kurve. Das Verhältnis von AB zu AIN ist unabhängig von der Brennerwärmeleistung bei Konstanthaltung der Werte für w, W, p und den Schallgeschwindigkeiten a 1 und a2. Aus der Betrachtung der Kurve gemäss Figur fünf folgt, dass der Schallabstrahlungspegel laufend sinkt, wenn das Verhältnis von AB zu AIN vergrössert wird. Somit kann die Kurve gemäss Figur fünf als Überprüfung der erfindungsgemässen Lehre dienen: Nimmt man die Werte für QL, QD,W,p,al+a2an, gemäss den Prämissen zur Durchführung der Beispielsberechnung, so ergibt sich bei einem vorgegebenen maximalen Schallabstrahlungspegel von 40 db (A) jeweils ein bestimmter festliegender und reproduzierbarer Wert für das Verhältnis von AB zu AMIN. Somit ergibt sich die Kurve bei der Zuordnung der Werte von AB zu AIN für die verschiedenen unterschiedlichen Schallabstrahlungspegel abweichend von 40 db (A). Daraus folgt, dass der praktische Wert für das Verhältnis von AB zu AlN grösser 10 gewählt werden muss, um unter einer maximalen Schallabstrahlung von 40 db (A) garantiert sich zu befinden. Das Verhältnis von AB zu AIN am fertigen Brenner muss natürlich anders sein, wenn ein von 40 db (A) abweichender maximaler Schallabstrahlungspegel gefordert wird. Auf jeden Fall muss für ein anzustrebender Schallabstrahlungspegel von gleich oder kleiner 40 db (A) das Verhältnis von AB zu AlN grösser als 10 werden.

Claims: Ansprüche 1. Verfahren zum Minimieren der Schallabstrahlung eines mit einem Gas-Luftgemisch gespeisten Vormischbren ners mit einer einem Injektor zugeordneten Gasdüse und Brennschlitzen, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem festgelegten Gas (Wobbe-Zahl) und einer vorgegebenen minimalen Schallabstrahlung sowie Wärmeleistung (bestimmbar aus der Gesamtdurchtritts fläche und der Gasgeschwindigkeit in deren Düsen) die Gesamtinjektor-Durchtrittsfläche nach folgen der Beziehung: : EMI21.1 wobei V die Summe des gesamten Gas- und Luftdurchsatzes, P ein Proportionalitätsfaktor, N die vor gegebene maximale Schallabstrahlung und K eine Konstante ist, die gebildet ist aus der Wobbe-Zahl, der Schallgeschwindigkeit, der spezifischen Düsen flächen-Belastung und der Gesamtdüsenfläche bedeuten, und die spezifische Brennflächen-Belastung nach folgender Beziehung: EMI22.1 definiert ist. Brennflächen-Belastung QAB und der maximal möglichen Gesamtinjektorfläche AIN konstant gehalten ist, wobei die Konstante mit der Variation der vorgegebenen maximalen Schallabstrahlung veränderbar ist. nicht umgekehrt in Abhängigkeit von der vorgegebenen maximalen Schallabstrahlung. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei vorgegebener maximaler Schallabstrahlung das Produkt aus der minimal möglichen spezifischen 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn-' zeichnet, dass bei fallendem Wert der spezifische Brennflächen-Belastung QAB ein steigender Wert der Injektorgesamtfläche AIN zugeordnet ist und 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifische Düsenflächen Belastung in folgendem Bereich gehalten wird. W 5 . 108 QD < 1,5 ' 1O9 m2 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Proportionalitätsfaktor p in folgenden Bereich gewählt wird. 2,04 pC4. 6. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für einen maximalen Schallabstrahlungspegel von gleich oder kleiner 40 db (A) das Verhältnis der Flächensumme aller Brennerschlitze AB zu der Flächensumme aller Injektordurchtrittsflächen gleich oder grösser 10 gewählt ist.

Inventors: STOSIEK, JOHANNES
Applicants: COFRABEL N.V., JOH. VAILLANT GMBH U. CO, SCHONEWELLE B.V., VAILLANT GES.M.B.H, VAILLANT GMBH, VAILLANT LTD., VAILLANT S.A.R.L
Application year: 1981
Main classification: F23D13
IPC codes: F23D14