DE19647425A1 - Akustikresonator - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Akustikresonator zur Schalldämpfung bzw. -abschwächung in einer Rohrleitung.

Stand der Technik

Mechanische Luftregeleinrichtungen für eine Heizbelüftungs- und Klimatisierungsanlage (HVAC-Anlage) können eine Hauptgeräuschquelle in einem Gebäude sein. Wenn das durch die mechanische Einrichtungen erzeugte Geräusch bemerkenswert laut ist, kann dies ernsthafte Folgen für die gesamte Umgebung in dem Gebäude haben. Die Verteilungskanäle in einer HVAC-Anlage können für das unerwünschte Geräusch als Übertragungsmittel durch das gesamte Gebäude hinweg wirken. Außerdem kann ein über abrupte Querschnittsänderungen in einer Rohrleitung strömende Fluidstrom ebenso Geräusche produzieren. Die durch eine mechanische Einrichtung oder innerhalb des Kanalsystems der Anlage erzeugten Geräusche können beispielsweise in einer Rückluftleitung stromaufwärts, in einer Zuluftleitung stromabwärts wandern. Somit sind sie möglicherweise von einem in einem Raum des Gebäudes befindlichen Menschen wahrnehmbar. Verschiedene Geräusch­ bzw. Schallquellen innerhalb der Kanäle des Leitungssystems sind beispielsweise kreisende Gebläse, Gitter, Schieber, Verteiler, Luftstromregelungseinrichtungen etc. Die Geräuschquellen sind aber hierauf nicht begrenzt. Demgemäß bestand seit langem das Problem des durch die Rohrleitung einer HVAC-Anlage übertragenen Schalls oder Geräusches.

Es wurden verschiedene Versuche zur Minimierung des Schalls in einem Rohrleitungssystem gemacht. Ein derartiges System, gewöhnlicherweise als Absorptionsdämpfer bezeichnet, sieht eine entweder auf der Innenseite oder auf der Außenseite der Rohrleitung angebrachte Schalldämpfungsverkleidung vor. Das Material hierfür kann ein Schaum, Mineralwolle oder Fiberglas-Isoliermaterial sein. Diese Materialien dämpfen den Schall über einen breiten Frequenzbereich mäßig. Die dergestalt aufgebauten Verkleidungen sind jedoch manchmal aufgrund der Raumerfordernisse und der ausgedehnten Länge der zur adäquaten Schalldämpfung notwendigen Abdeckung nicht erwünscht.

Außerdem wurden Resonanzdämpfer (reactive silencer) zur Schalldämpfung verwendet. Diese bestehen typischerweise aus perforierten Metallverblendungen, die eine Anzahl abgestimmter Kammern bedecken. Das äußere Erscheinungsbild von Resonanzdämpfern ist ähnlich dem von Absorptionsdämpfern. Allgemein dämpfen Resonanzdämpfer niedrige Schallfrequenzen. Da eine Breitband-Schalldämpfung mit Resonanzdämpfern schwieriger zu erzielen ist als mit Absorptionsdämpfern, können längere Längen notwendig sein, um ähnliche Schalldämmleistungen zu erzielen.

Ein anderer Versuch zur Schallreduzierung in einer Leitung beinhaltet die Erzeugung diverser Schallwellen, die unerwünschte Geräusche mit einer vorgegebenen Frequenz auslöschen. Typischerweise mißt ein Eingabemikrophon das Geräusch in einer Rohrleitung und wandelt es in ein elektrisches Signal um. Das Signal wird in einem digitalen Computer verarbeitet, der eine Schallwelle äquivalenter Amplitude und um 180° phasenverschoben erzeugt. Diese sekundäre Schall- bzw. Geräuschquelle interferiert mit dem Geräusch und löscht einen signifikanten Anteil des unerwünschten Geräusches aus. Die Leistung dieses aktiven Schalldämpfers ist, neben anderen Dingen, durch das Vorhandensein übermäßiger Turbulenzen in einem Luftstromkanal beschränkt. Typischerweise empfehlen Hersteller die Verwendung aktiver Schalldämpfer, wo die Rohrgeschwindigkeiten niedriger sind als 1500 Fuß pro Minute (FPM) und die Rohrleitungskonfigurationen einen sanften gleichmäßig verteilten Luftstrom leiten. Diese Betriebsparameter schränken eine breite Verwendung der Schallauslöschungstechnik ein. Überdies begrenzen die hohen Kosten eines Schallauslöschungssystems dessen Verwendung weiter.

Darstellung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist auf die Einschränkungen im Stand der Technik gerichtet und schafft einen Akustikresonator, der den im Luftregelungssystem übertragenen Schall dämpft.

Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, einen Akustikresonator zu schaffen, der das innerhalb einer (Rohr) Leitung befindliche Schallfeld dämpft oder abschwächt. Außerdem soll ein Schalldämpfungsmittel zur Minimierung des Schalls innerhalb des Rohrleitungssystems einer HVAC-Anlage geschaffen werden.

Die vorliegende Erfindung schafft einen Akustikresonator, der zur Schalldämpfung in einer Leitung geeignet ist. Der Resonator der vorliegenden Erfindung beinhaltet zumindest eine Resonanzkammer, die eine Länge und eine Höhe definierende Wände aufweist. Die Länge der Resonanzkammer wird so gewählt, daß eine Schalldämpfung bei einer vorbestimmten Frequenz geschaffen wird. Die Wände der Kammer definieren eine Öffnung zwischen dem länglichen Durchgangskanal und der Kammer. Die Öffnung besitzt eine vorbestimmte Größe, die kleiner ist als die Länge der Kammer, wobei die Länge der Kammer parallel zur Achse des länglichen Durchgangskanals angeordnet ist. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen die Plazierung des Resonators innerhalb des Durchgangskanals. Als Alternative kann der Resonator auf der (Rohr) Leitung außerhalb des Durchgangskanals angeordnet sein. Eine aerodynamische Verkleidung kann vorgesehen werden, um Turbulenzen zu reduzieren, die durch das durch den Durchgangskanal strömende Fluid erzeugt werden. Die Verkleidung kann eine Anzahl von Honigwabenzellen beinhalten, die zur Geräuschdämpfung bei einem hohen Frequenzbereich geeignet sind. Überdies kann die vorbestimmte Frequenz, für die die Kammer zur Dämpfung entsprechend gestaltet ist, in Beziehung gesetzt werden zur Summe der Länge der Kammer und der Axiallänge der Öffnung.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist eine Lüftungsanlage geschaffen, das eine Rohrleitung beinhaltet, die eine mit dem zu belüftenden Raum in Verbindung stehende Öffnung und eine Fluidregelungsvorrichtung aufweist, die in der Rohrleitung getragen ist. Ein Resonator kann in der Rohrleitung bezüglich der Fluidregelungsvorrichtung stromauf- oder stromabwärts vorgesehen sein. Der Resonator beinhaltet zumindest eine Resonanzkammer, die Wände aufweist, die eine Länge und eine Höhedefinieren. Die Länge ist so ausgebildet, daß eine Schalldämpfung bei einer vorbestimmten Frequenz erzielt wird. Die Wände der Kammer definieren zwischen der Rohrleitung und der Kammer eine Öffnung, die eine vorbestimmte Größe besitzt, die kleiner ist als die Länge der Kammer. Bei einem anderen Aspekt dieser Ausführungsform kann die Länge der Kammer parallel zur Achse der Rohrleitung angeordnet sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der Erfindung mehrere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme zu den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Axialquerschnittsansicht eines kreisförmigen Kanalstücks entlang der Linie 1-1 in Fig. 2 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein den in Fig. 1 gezeigten Resonator beinhaltendes Kanalstück;

Fig. 3 eine Axialquerschnittsansicht eines kreisförmigen Rohrstücks entlang der Linie 3-3 in Fig. 4 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine Seitenansicht eines eine zweite Ausführungsform des Akustikresonators beinhaltenden Rohrstücks;

Fig. 5 eine Detailansicht einer aerodynamischen Verkleidung, die ein Honigwabenmuster zum Abschwächen hoher Frequenzen beinhaltet;

Fig. 6 eine detaillierte Draufsicht auf die Honigwaben;

Fig. 7 eine Axialquerschnittsansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung entlang der Linien 7-7 in Fig. 8, die in einem zylindrischen Rohrstück angeordnet ist;

Fig. 8 eine Axialquerschnittsansicht des eine dritte Ausführungsform der Erfindung darstellenden Rohrstücks, und

Fig. 9 ein den Akustikresonator der vorliegenden Erfindung beinhaltendes System.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist unter Bezugnahme zu den Fig. 1 und 2 gezeigt, in denen ein allgemein mit dem Bezugszeichen 20 versehener Resonator einen kreisförmigen Durchgangskanal 22 aufweist, durch den ein Luftstrom in die mit dem Bezugszeichen 24 angedeutete Richtung strömt. Eine Anzahl kreisförmiger Resonanzkammern, die allgemein mit dem Bezugszeichen 26 versehen sind, sind zur Dämpfung bzw. Abschwächung von Schallwellen geschaffen. Die Resonanzkammern 26 besitzen eine vorbestimmte Länge l, eine Höhe h und sind in ihrer Größe derart dimensioniert, daß sie sich zur Kammer hin so öffnen, daß sie den Schall bei einer speziellen Frequenz abschwächen. Der Dämpfer der vorliegenden Erfindung kann an eine Rohrleitung 28, die durch gestrichelte Linien dargestellt ist, angebracht sein. Das Rohrstück, das die vorliegende Erfindung beinhaltet, kann in einer HVAC-Anlage entweder in der Zuführ- oder Abluftleitung eingesetzt werden. Außerdem sind die Resonatoren beim Dämpfen der durch die mechanischen Einrichtungen oder der Leitungen der HVAC-Anlage selbst erzeugten Schallwellen wirksam. Verschiedene Aspekte der Erfindung werden nachfolgend im einzelnen erläutert.

Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, sind die Anzahl kreisförmiger Kammern am Umfang des Resonators 20 geschaffen, um Schallwellen bei einer vorbestimmten Frequenz abzuschwächen. Bei einer Anwendung werden die vorbestimmten Frequenzen gemäß des durch eine Fluidregelungsvorrichtung erzeugten Schalls basierend ausgewählt. Das Schallspektrum einer Fluidregelungsvorrichtung kann empirisch ermittelt werden, so daß die Resonanzkammern 26 dergestalt dimensioniert werden können, daß sie Schallwellen mit einer speziellen Frequenz(en) abschwächen. Dies sind die Frequenzen, die wünschenswerterweise eliminiert werden sollen, so daß das in einem Leitungssystem vorhandene Geräusch abgeschwächt werden wird. Sind diese Frequenzen einmal bestimmt, kann die bevorzugte Größe der Resonanzkammern 26 wie nachfolgend erläutert wird, berechnet werden.

Die Wellenlänge der bei dieser Frequenz wandernden Schallwellen kann durch folgende Gleichung bestimmt werden:

wobei C die Schallgeschwindigkeit ist (ungefähr 1100 Fuß/sek.); f die Frequenz in Hz ist und λ die Wellenlänge ist. Da die Schallgeschwindigkeit C ungefähr 1100 Fuß/sek. beträgt, hat eine 1000 Hz-Frequenz eine Wellenlänge von ungefähr 1 Fuß. Ist die Wellenlänge eines unerwünschten Geräusches gegeben, kann die bevorzugte Dimensionierung der Resonanzkammer auf der Grundlage berechnet werden, welche Frequenz abgeschwächt werden soll.

Jede Kammer, die phasenverschoben zur Wellenlänge dimensioniert ist, wird zum Abschwächen der bei dieser Frequenz wandernden Schall arbeiten. Optimalerweise sollte die Größe der Kammer dergestalt sein, daß die Wellenlänge des Schalls in der Kammer zur Wellenlänge des abzuschwächenden Schalls um 180° phasenverschoben ist. Dies führt zu einer maximalen Schalldämpfung. Bei Kammern, die entweder die Größe 1 Wellenlänge oder einer ½ Wellenlänge besitzen, ist der Schall in Phase und es wird keine Geräuschdämpfung erzielt. Wenn eine Kammer so bemessen ist, daß sie entweder ¼ der Wellenlänge oder 3/4 der Wellenlänge aufweist, wird der Schall um 180° phasenverschoben sein und es wird eine optimale Geräuschreduzierung erzielt.

Bei dem obigen Beispiel von 1000 Hz würde, da die Wellenlänge ungefähr 1 Fuß beträgt, jede Kammer, die eine Länge von 1 Fuß hat, nicht zur Geräuschreduzierung beitragen, da dies das Äquivalent zu einer Wellenlänge ist. Ähnlicherweise würde auch eine Kammer, die bei diesem Beispiel eine Größe von 6 Inch besitzt, oder eine halbe Wellenlänge, auch nicht zur Geräuschreduzierung betragen, da die Wellenlänge des Schalls in der Kammer zur Wellenlänge der Schallfrequenz nicht phasenverschoben ist. Wenn die Kammer 1/4 der Wellenlänge aufweist, in diesem Beispiel 3 Inch, ist die Wellenlänge der Kammer gegenüber der Wellenlänge des Geräusches um 180° phasenverschoben und somit vermindert die Kammer das Geräusch. Ein ähnlicher Effekt tritt bei 9 Inch auf, da dies 3/4 einer Wellenlänge ist. Demgemäß werden in Kammern, die entweder 3 Inch oder 9 Inch in der Größe aufweisen, gegenüber der Schallübertragung um 180° phasenverschoben sein und zur Geräuschdämpfung bei 1000 Hz beitragen. Unter Berücksichtigung der obigen Ausführungen wird ein Fachmann erkennen, daß 1/4- und 3/4-Wellenlängenresonatoren in der gleichen Weise funktionieren. Da es im Allgemeinen wünschenswerter ist, eine eher kleinere als größere Kammer zu haben, beinhaltet die vorliegende Erfindung vorzugsweise einen 1/4-Wellenlängenresonator.

Jede Kammer besitzt eine Öffnung, die die Kammer mit dem Durchgangskanal verbindet, was erlaubt, daß der Schall in die Kammer eintritt, um dort in die Rohrleitung zurückreflektiert zu werden. Die Öffnungen können an einem stromabwärts gelegenen Ende, wie gezeigt, oder einem stromaufwärts gelegenen Ende der Kammern plaziert sein. Die Wände der Kammern definieren Öffnungen und sind derart dimensioniert, daß sie kleiner sind als 1/8 einer Wellenlänge des Geräusches, zu dessen Abschwächung die Kammer gestaltet ist.

Die Länge l einer Kammer kann entlang der Achse des Durchgangskanals orientiert sein, was das Profil des Resonators reduziert. Alternativ kann der Resonator quer zur Achse des Durchgangskanals angeordnet sein. Wenn die Länge l der Kammer entlang der Achse des Durchgangskanals orientiert ist, wurde die Frequenz, die durch die Kammer abgeschwächt wurde, mit der Größe der Öffnung variierend ermittelt. Überraschenderweise schafft die Länge der Kammer, die der axialen Länge der Öffnung hinzugefügt ist, eine direkte Annäherung für die mit der Abschwächung einer gegebenen Frequenz in Verbindung stehende Länge. Insbesondere, wenn die parallel zum Durchgangskanal liegende Länge der Kammer 3 Inch beträgt und eine 1-Inch-Öffnung vorhanden ist, wird die Frequenz abgeschwächt, die die Frequenz ist, die herkömmlicherweise erwartet würde bei einer 4-Inch-Länge. Dies wurde für Kammern, die eine Länge kürzer als 1 Inch haben, experimentell verifiziert.

Wiederum wird Bezug genommen zu der Fig. 1. Das durch Testen einer besonderen Fluidvorrichtung identifizierte Schallspektrum beinhaltete unerwünschte Geräusche bei Frequenzen, die sich bei ungefähr 850 Hz und 1200 Hz konzentrierten. Demgemäß ist die die oben beschriebene Technik benutzende Kammer 32, die eine Länge l1 = 3 Inch und eine Öffnung von 1 Inch besitzt, zur Reduzierung des Schalls bei ungefähr 850 Hz geeignet. Eine Kammer 34, die eine Länge l2 = 2 Inch und eine Öffnung von 1 Inch aufweist, wurde angepaßt, um den sich bei ungefähr 1000 Hz konzentrierenden Schall zu reduzieren. Eine Kammer 36, die eine Länge l3 = 1/2 Inch und eine Öffnung von 1/2 Inch aufweist, wurde zur Reduzierung eines Schalls angepaßt, der sich bei ungefähr 1200 Hz konzentriert. Somit können die abzuschwächenden besonderen Schallfrequenzen an Hand der Größe der Kammer(n) ausgewählt werden.

Mit dem Bezugszeichen 38 versehene, verschieden große Kammern schaffen eine Geräuschreduzierung bei Frequenzen von 2000-4000 Hz. Diese kreisförmigen Kammern bilden Ringe um die Rohrleitung. Die durch eine Ringkammer abgeschwächte Schallfrequenz hängt mit der Breite der Kammer entlang der axialen Abmessung und der radialen Länge der Kammer zusammen. Überdies wurde herausgefunden, daß ein Synergieeffekt besteht, wenn eine mehrere Kammern in einem Resonator vorhanden sind. Empirische Tests haben ergeben, daß zusätzlich zu den speziellen Frequenzen für die die Kammern zur Abschwächung gestaltet wurden, weitere Frequenzen durch die Kammern abgeschwächt werden. Zusätzlich zu der obigen Geräuschdämpfung schafft die Erfindung eine Geräuschdämpfung bei niedrigen Frequenzen. Es ist möglich, daß die Anzahl Kammern gemeinsam eine größere virtuelle Kammer schaffen, die niedrige Frequenzgeräusche abschwächt. Dies schafft einen unerwarteten Vorteil bei der Anwendung mehrerer Kammern, die unterschiedlich vorbestimmte Größen aufweisen.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, erstrecken sich die Resonatoren einer repräsentativen Ausführungsform der Erfindung ungefähr 1 Zoll in den Durchgangskanal. Zur Reduzierung der Turbulenzen der Luft, wenn diese im Durchgangskanal 22 strömt, ist eine aerodynamische Verkleidung 42 vorgesehen. In ähnlicher Weise erlaubt eine aerodynamische Verkleidung 44 am stromabwärts gelegenen Ende des Resonators, daß der Luftstrom zum Querschnitt der Rohrleitung übergeht. Vorzugsweise ist das Ausmaß des Resonators 26 in den Durchgangskanal dergestalt begrenzt, daß Luftturbulenzen und Strömungshindernisse minimiert werden. Die Verkleidungen sind ebenso zur Minimierung von Turbulenzen geeignet, wenn ein Fluid durch die Rohrleitung strömt. Bei der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich die Verkleidungen 42 und 44 2 Inch stromaufwärts und 2 Inch stromabwärts. Außerdem kann eine siebähnliche Abschirmung entlang des Innendurchmessers der Rohrleitung 21 vorgesehen werden, um die Fluidturbulenzen weiter zu reduzieren, indem es dem Schall erlaubt ist, in die Kammern einzudringen und eine Wirbelbildung in den Öffnungen minimiert wird.

Der durch eine besondere Kammer abgeschwächte Schallbetrag hängt mit der Höhe h der Kammer zusammen. Eine 2 Inch hohe Kammer wird einen größeren Anteil an der Schalldämpfung oder -abschwächung für eine vorgegebene Frequenz bewirken als eine 1 Inch hohe Kammer. Die vergrößerte Höhe kann jedoch den Fluidstrom möglicherweise behindern. Wie in den Fig. 1-4 gezeigt ist, ist die "Höhe" der Kammern der Abstand zwischen der Innenwandung 45 und der Außenwandung 47. Bei der gezeigten ringförmigen Ausführungsform ist die Höhe h der Abstand zwischen den Radien R₂ und R₁. Demgemäß müssen für die erste Ausführungsform die Vorteile der Resonatorhöhe gegen die durch eine gegebene Höhe erzeugten anteiligen Strömungshindernisse abgewogen werden. Ein 2 Inch hoher Resonator erhöhte die Geräuschminderung, jedoch wurde bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform die Strömung über einen akzeptablen Betrag hinaus behindert.

Eine in den Fig. 3 und 4 gezeigte zweite Ausführungsform der Erfindung umfaßt einen Dämpfer, der entlang des Rohrstücks keine Strömungseinschränkung oder -beschränkung erzeugt. In diesen Figuren ist der Resonator am Außenumfang einer ringförmigen Rohrleitung angeordnet. Die Rohrleitung definiert einen Durchgangskanal 53, der über die gesamte Axiallänge 54 einen konstanten Querschnitt beibehält. Somit besteht hier keine Strömungsbeschränkung und die Vorteile des Resonators können vollständig realisiert werden, während über den Resonator hinweg kein Druckverlust auftritt. Überdies wird der Fluidstrom durch die Höhe des Resonators nicht behindert, so daß im wesentlichen jegliche gewünschte Höhe verwendet werden kann. Natürlich ist auch eine Resonanzkammer ausführbar, die sich teilweise in den Strömungsweg und teilweise außerhalb des Strömungswegs erstreckt, und durch diese Erfindung mit umfaßt.

Unter Bezugnahme zu den Fig. 5 und 6 werden die aerodynamischen Verkleidungen für den Akustikresonator gezeigt, die honigwabenförmige Kammern aufweisen, die sich derart hierdurch erstrecken, daß verschieden hohe Schallfrequenzen abgeschwächt werden können. Die Verkleidung 42′ weist eine Höhe H1 auf, die benachbart zu den Resonanzkammern plaziert werden kann. Die Verkleidungen erstrecken sich über eine Distanz L weg von den Resonanzkammern. Dies kann als Rampe verwendet werden, um eine Schalldämpfung zu erreichen, während eine Druckminderung über den Resonator hinweg minimiert wird. Die honigwabenförmigen Kammern 64 erstrecken sich vertikal durch die Verkleidung 42′, wie es durch die gestrichelten Linien dargestellt ist. Die Verkleidung 42′ ist mit einer geneigten oberen Fläche versehen, die von einer Höhe H1 zu einer Höhe H2 variiert. Die honigwabenförmigen Kammern funktionieren im wesentlichen in der gleichen Weise wie die sich radial erstreckenden Kammern 38, in dem, daß der Schall in die Kammern durch eine offene Seite eindringen kann und von der Bodenfläche abprallt. Eine siebähnliche Abschirmung kann auf der geneigten Fläche angeordnet werden. Aufgrund dessen bestimmt die Höhe der Verkleidung 42′ an irgendeinem gegebenen Punkt, welche Frequenz abgeschwächt wird. Wie in der Fig. 6 gezeigt ist, ist jede Honigwabe mit einer bestimmten Länge N und einer Breite M geschaffen. Vorzugsweise beträgt bei der vorliegenden Anwendung der Erfindung N = 1/2 Inch und M = 1/2 Inch. Die Honigwaben sind als hexagonale Gebilde dargestellt, die aufgrund der effizienten Raumausnutzung dieses Musters bevorzugt werden. Ein Fachmann wird hiervon ausgehend zu würdigen wissen, daß Kammern geeigneter Größe überall auf der Honigwabe verteilt werden können. Verschiedene andere polygonale Formen können verwendet werden, wie beispielsweise rechteckförmige oder oktagonale Formen. Alternativ können die Honigwabenkammern einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Da die Verkleidung 42′ in der Höhe von H1 zu H2 variiert, wird ein ganzer Frequenzbereich abgeschwächt. Bei den speziellen Höhen von H2 = 1/2 Inch und H1 = 1 Inch wird ein Schallbereich von 4 bis 10 KHz abgeschwächt. Natürlich kann die Honigwabenverkleidung entweder an der stromaufwärts gelegenen Seite oder der stromabwärts gelegenen Seite des Resonators plaziert werden.

Es wird nun unter Bezugnahme zu den Fig. 7 und 8 eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei dieser Ausführungsform ist ein Resonator 56 innerhalb einer Rohrleitung 57 mittig plaziert und wird durch einen Arm 58 oder mehrere Arme 58 getragen, die sich von der Seite der Rohrleitung aus erstrecken. Der oder die Arme sollten so ausgestaltet sein, daß eine Strömungsbeschränkung im Durchgangskanal minimiert wird. Der mittige Resonator weist einen kreisförmigen Querschnitt, Verkleidungen 59 und ein oder mehrere zentrale Tragelemente 60 auf. Die jeweiligen Größen der Kammern 62 werden unter Anwendung der Analyse wie bei der vorhergehenden Ausführungsform bestimmt. Empirisches Testen hat aufgezeigt, daß der Schall im mittleren Abschnitt der Rohrleitung zeitweise zusammenzubrechen scheint. Eine Situation, wo dies für möglich gehalten wird, ist direkt stromabwärts eines Venturi-Typ-Ventils, das einen Raum mit Luft versorgt, wie es nachfolgend beschrieben wird. Wenn das Geräusch im Mittelabschnitt der Rohrleitung zusammenbricht, können die Resonatoren, die am Umfang angeordnet sind, nicht effektiv zur Geräusch- oder Schalldämpfung in der Rohrleitung beitragen. Demgemäß kann ein Resonator im Mittelabschnitt der Rohrleitung für die Schallbeschränkung in dem System effektiver sein.

Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung einer Anwendung des Resonators gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der ein Luftregelungssystem für ein Laboratorium, allgemein mit dem Bezugszeichen 70 versehen, vorhanden ist. Typischerweise sind an Laboratorien spezielle Belüftungsanforderungen zu stellen, die komplexer sind als viele Standardluftregelungsanwendungen. Ein Grund zur erhöhten Komplexität ist eine (Dunst)Abzugshaube 72, die im allgemeinen zur Sicherheit des Laborbetriebs als notwendig erachtet wird. Die Dunstabzugshaube 72 muß jederzeit sorgfältig kontrolliert werden, um eine konstante durchschnittliche Durchtrittsgeschwindigkeit beizubehalten (die Geschwindigkeit der Luft, die durch die Rahmenöffnung passiert), die mit OSHA und anderen Industriestandards kompiliert. Die Abzugshaube besitzt eine Luftleitung 74, die zu einer Abluftleitung 76 führt, die die Luft aus dem System ausführt, wie es durch den Pfeil 78 angedeutet ist. Ein Gebläse (nicht gezeigt) drückt Luft durch die Abluftleitung. Die konstante durchschnittliche Durchtrittsgeschwindigkeit der Luft, die an der Dunstabzugsrahmenöffnung 82 erwünscht ist, wird durch ein am Rahmen angebrachtes Sensormodul 84 beibehalten, der den Betrag überwacht, um den die Rahmenöffnung geöffnet ist. Wenn die Rahmenöffnung geöffnet wird, erfordert der größere offene Bereich ein größeres Volumen an Luft zur Beibehaltung einer akzeptablen Durchtrittsgeschwindigkeit. Demgemäß wird ein Signal zu einem Abzugsventil 86 gesendet, das durch einen Regler 88 eingestellt wird, so daß ein größeres Luftvolumen durch das Ventil strömen kann, und somit die Luftmenge, die durch die Rahmenöffnung gesogen wird, erhöht wird.

Mit dem erhöhten Luftvolumen, das durch die Leitung 84 strömt, muß eine Zuluft vorgesehen werden, um die durch die Abzugsleitung gesogene Luft "nachzuholen". Eine Zuleitung 90 führt Luft zu einer Raumzuführleitung 92. Ein in der Leitung angeordnetes Durchströmungsregelventil 94 regelt die Durchflußmenge oder Durchströmungsgeschwindigkeit des Fluids, das in den Raum strömt. Wenn die Rahmenöffnung angehoben wird, sendet der Abluftventil-Regler 88 ein Signal zum Regler 96, um das Zuführstromregelventil für die ausgelassene Luft "nachzuholen". Die Zuluft dringt in den Raum durch das Gitter 98 ein, wie es durch die Pfeile 100 angedeutet ist. Das Zuführventil kann so ausgestaltet sein, daß es auf die Temperatur und Feuchtigkeitsanforderungen reagiert. Beispielsweise kann ein Sensor T anzeigen, daß mehr Zuluft benötigt wird. Typischerweise bewirken die Anzahl der Leute, die im Raum befindlichen Einrichtungen und die Beleuchtung, wie auch andere Faktoren, daß der Sensor T anzeigt, daß mehr Zuluft erwünscht ist.

Eine allgemeine Abluftleitung 110 ist zum Ausbringen der Luft aus dem Laboratium vorgesehen, wie es durch die Pfeile 112 angedeutet ist, wenn Luft in den Raum zugeführt wird. Ein Abluftventil 114 wird durch einen Regler 116 gesteuert, die auf ein von der Zuführregler 96 gesendetes Signal reagiert. Typischerweise wird jedes Zu- und Abluftventil in einem dynamischen Regelungssystem betrieben. Das Laboratorium kann auf einem negativen Druck gehalten werden, so daß der Luftstrom immer in das Laboratorium erfolgt, sogar wenn eine Tür 120 offensteht (wie gezeigt).

Der Resonator 20 der vorliegenden Erfindung kann in der Abluftleitung stromaufwärts des Abluftventils zur effektiven Geräuschdämpfung vorgesehen werden. In dieser Position erfolgt durch den Resonator eine Abschwächung des Abluftventilgeräusches, da dieses zum Raum hin wandert. Somit sind in einer Abluftleitung die Richtung des Luftstroms und die Richtung des Schalls einander entgegengesetzt und der Resonator kann an irgendeinem Punkt entlang der Leitung zwischen der Geräuschquelle und dem zu belüftenden Raum plaziert werden. Mehrere Resonatoren können zur Erhöhung des Schallabschwächungseffektes verwendet werden. Überdies kann vorteilhafterweise der Resonator in der Leitung auf beiden Seiten der Regelungsvorrichtung angeordnet werden.

Der Resonator 20 gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch in der Raumzuleitung 92 stromabwärts der Geräuschquelle aufgenommen sein. In einer Zuleitung wandern die Luft und der Schall in der gleichen Richtung und es wurde empirisch ermittelt, daß der Resonator ungefähr drei bis fünf äquivalente Rohrdurchmesser weg von der Geräuschquelle plaziert werden sollte, um eine optimale Leistung zu erzielen. Das bedeutet, daß wenn der Rohrdurchmesser 10 Inch beträgt, der Resonator ungefähr 30 bis 50 Inch weg von der Geräuschquelle plaziert werden sollte. Eine mögliche Erklärung für diesen Effekt besteht darin, daß der Schall in einem Zuführventil in sich selbst zusammenbricht, da er in der gleichen Richtung wie die Luft wandert und es benötigt grob entsprechend 3 bis 5 Rohrdurchmesser für den Schall, um sich im ganzen Leitungsquerschnitt auszudehnen. In einer Zuleitung kann die in Fig. 7 dargestellte vierte Ausführungsform eine adäquate Geräuschreduzierung in irgendeinem Abstand von der Quelle leisten, da der Resonator in der Leitung mittig plaziert ist.

Der Resonator kann so ausgebildet sein, daß er innerhalb des Innendurchmessers der Leitung eingesetzt werden kann. Die Außenwand kann als Teil des Resonators ausgebildet sein oder alternativ hierzu kann die Wandung der Rohrleitung die Außenwandung des Resonators bilden. Der Resonator kann auch derart aufgebaut sein, daß er einen Teil der Belüftungsleitung bilden kann und in eine bestehende Leitung nachgerüstet werden kann. Bei einer anderen Konfiguration kann der Resonator so ausgebildet sein, daß er an der Außenfläche der Rohrleitung installiert werden kann. Als Alternative kann der Resonator als Leitungsstück ausgebildet sein und zwischen den Abschnitten der Rohrleitung installiert sein.

Demgemäß schafft die vorliegende Erfindung einen Resonator, der zumindest eine Kammer aufweist, die eine vorbestimmte Größe besitzt, so daß Schall mit einer ausgewählten Frequenz abgeschwächt wird. Der Resonator kann entlang des Innenumfangs einer Fluidstromleitung angeordnet sein. Als Alternative kann der Resonator außerhalb des Umfangs der Rohrleitung angeordnet werden, so daß der Fluidstrom durch die Rohrleitung nicht beschränkt bzw. behindert wird. Überdies kann der Resonator eine Honigwabenverkleidung zur Abschwächung des Schalls bei höheren Frequenzen beinhalten.

Schließlich kann der Resonator in einer Rohrleitung einer HVAC-Anlage plaziert werden, um Schall abzuschwächen.

Während die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben und erläutert wurde, sind für einen Fachmann hieraus verschiedene Änderungen und Modifikationen herleitbar, ohne daß der Schutzbereich der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, verlassen wird. So kann beispielsweise die Höhe des Resonators verlängert werden, indem die Resonanzkammern teilweise innerhalb und teilweise außerhalb der Rohrleitung positioniert werden. Es ist hier beispielhaft beschrieben worden, daß ein Resonator gemäß der vorliegenden Erfindung eine rechteckförmige oder quadratische Querschnittsform aufweisen kann und in einer rechteckförmigen oder quadratischen Rohrleitung angeordnet werden kann, und bis an alle vier Seiten der Rohrleitung reichend angeordnet sein kann. Überdies können die Resonatoren in Reihe entlang einer Rohrleitung zur verbesserten Geräuschdämpfung plaziert werden.

Claims (16)

1. Resonator zur Schallabschwächung in einer eine Achse aufweisenden länglichen Rohrleitung (28) mit zumindest einer Resonanzkammer (32, 34, 36), die eine Höhe (h) und eine Länge (l) definierende Wände aufweist, wobei die Länge (l) so ausgewählt ist, daß sie eine Geräuschabschwächung für eine vorbestimmte Frequenz schafft, wobei die zumindest eine Resonanzkammer (32, 34, 36) eine mit der länglichen Rohrleitung (28) in Verbindung stehende Öffnung aufweist, die eine vorbestimmte Größe besitzt, die kleiner ist als die Länge der Resonanzkammer (32, 34, 36), und wobei die Länge (l) parallel zur Achse der länglichen Rohrleitung (28) angeordnet ist.

2. Resonator nach Anspruch 1, umfassend eine Verkleidung (42, 44) zur Reduzierung der Turbulenzen, die durch das durch die Rohrleitung (28) strömende Fluid erzeugt werden.

3. Resonator nach Anspruch 1, bei dem die vorbestimmte Frequenz, die durch die Resonanzkammer (32, 34, 36) abgeschwächt wird, in Zusammenhang gesetzt wird mit der Summe der Länge der Resonanzkammer (32, 34, 36) und einer Axiallänge der Öffnung.

4. Resonator nach Anspruch 1, umfassend eine Verkleidung (42, 44) an zumindest einem Ende des Resonators (20) zum sanften Ausdehnen des hier durchgehenden Fluidstroms.

5. Resonator nach Anspruch 4, bei dem die Verkleidung (42, 44) eine Anzahl Honigwabenzellen (64) aufweist, die zur Geräuschabschwächung bei einem hohen Frequenzbereich angepaßt sind.

6. Resonator nach Anspruch 1, bei dem der Resonator (20) innerhalb der Rohrleitung (28) angeordnet ist.

7. Resonator nach Anspruch 1, bei dem der Resonator (20) außerhalb der Rohrleitung (28) angeordnet ist.

8. Resonator nach Anspruch 1, bei dem die Länge 1/4 der Wellenlänge des abzuschwächenden Schalls beträgt.

9. Resonator nach Anspruch 1, bei dem die Höhe (h) der Resonanzkammer (32, 34, 36) so ausgewählt ist, daß die Abschwächung durch den Resonator (20) optimiert wird.

10. Raumbelüftungsanlage umfassend

• - zumindest eine Rohrleitung (28), die eine Längsachse aufweist,
• - eine Fluidregelungsvorrichtung, die in der Leitung (28) angeordnet ist, und
• - einen Resonator (20), der in der Rohrleitung (28) in Strömungsverbindung mit der Fluidregelungsvorrichtung angeordnet ist, wobei der Resonator (20) zumindest eine Resonanzkammer (32, 34, 36) beinhaltet, die eine vorbestimmte Größe aufweist, die so ausgewählt ist, daß der Schall bei einer vorbestimmten Frequenz, die durch die Fluidregelungsvorrichtung erzeugt wird, abgeschwächt wird.

11. Raumbelüftungsanlage nach Anspruch 10, bei dem die Resonanzkammer (32, 34, 36) eine Längsachse aufweist, die parallel zur Längsachse der Rohrleitung (28) ausgerichtet ist.

12. Raumbelüftungsanlage nach Anspruch 10, bei dem der Resonator (20) in der Rohrleitung (28) zwischen der Fluidregelungsvorrichtung und dem zu belüftenden Raum angeordnet ist.

13. Raumbelüftungsanlage nach Anspruch 10, bei dem die Fluidregelungsvorrichtung eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist, und bei dem der Resonator (20) in der Rohrleitung (28) auf der ersten Seite der Fluidregelungsvorrichtung angeordnet ist und ferner einen zweiten Resonator umfaßt, der auf der Rohrleitung auf der zweiten Seite der Fluidregelungsvorrichtung angeordnet ist.

14. Lüftungsanlage mit:

• - einer Rohrleitung (28), die eine mit einem Raum in Verbindung stehende Öffnung und eine in der Rohrleitung (28) gelagerte Fluidregelungsvorrichtung aufweist,
• - einem in der Rohrleitung (28) angeordneten und in Strömungsverbindung mit der Fluidregelungsvorrichtung stehender Resonator (20), wobei die Fluidregelungsvorrichtung Schall bei einer ersten Frequenz erzeugt, und der Resonator (20) so konstruiert und angeordnet ist, daß er den durch die Fluidregelungsvorrichtung bei der ersten Frequenz erzeugten Schall abschwächt.

15. Lüftungsanlage nach Anspruch 14, bei dem der Resonator (20) zumindest eine Resonanzkammer (32, 34, 36) beinhaltet, die Wände aufweist, die eine Länge und eine Höhe definieren, wobei die Länge so ausgewählt ist, daß sie eine Geräuschabschwächung bei einer vorbestimmten Frequenz leistet, wobei die Resonanzkammer (32, 34, 36) eine Öffnung zwischen der Rohrleitung und der Resonanzkammer (32, 34, 36) definiert, und die Öffnung eine vorbestimmte Größe besitzt, die kleiner ist als die Länge der Resonanzkammer (32, 34, 36).

16. Lüftungsanlage nach Anspruch 15, bei dem die Rohrleitung (28) eine Achse aufweist und die Länge der Resonanzkammer (32, 34, 36) parallel zur Achse der Rohrleitung (28) angeordnet ist.