EP1624163A1 - Schalldämpfungseinrichtung, insbesondere für ein Heizgerät - Google Patents

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EP1624163A1
EP1624163A1 EP05106889A EP05106889A EP1624163A1 EP 1624163 A1 EP1624163 A1 EP 1624163A1 EP 05106889 A EP05106889 A EP 05106889A EP 05106889 A EP05106889 A EP 05106889A EP 1624163 A1 EP1624163 A1 EP 1624163A1
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EP
European Patent Office
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resonator
flow channel
damping device
flow
sound
Prior art date
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Pending
Application number
EP05106889A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Datong Wu
Gunnar Gossmann
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M20/00—Details of combustion chambers, not otherwise provided for, e.g. means for storing heat from flames
    • F23M20/005—Noise absorbing means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00—Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/02—Silencing apparatus characterised by method of silencing by using resonance
    • F01N1/04—Silencing apparatus characterised by method of silencing by using resonance having sound-absorbing materials in resonance chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2900/00—Special arrangements for conducting or purifying combustion fumes; Treatment of fumes or ashes
    • F23J2900/13003—Means for reducing the noise in smoke conducing ducts or systems

Definitions

  • the invention relates to a sound damping device, in particular for a heater, according to the preamble of claim 1.
  • Heaters heated with gas or oil produce noises which have as sources of noise the flame occurring during the combustion, the fan arranged in the heater but also the flows present in the heater in flow channels of a fuel supply system and / or an exhaust system. Particularly disturbing are the noises when resonant vibrations occur in the heater. It is generally known to suppress the occurrence of resonance frequencies by means of a Helmholtz resonator or a ⁇ / 4 tube in acoustic systems. To prevent resonant vibrations in heaters, it is also known to use Helmholtz resonators, which are installed in the gas flowed through flow channels, in particular in the exhaust system.
  • Helmholtz resonators are effective only at specific frequencies, for example, the friction loss at the neck of the Helmholtz resonator is increased to expand the effective frequency band.
  • Another possibility is to use multiple Helmholtz resonators operating at different frequencies. By combining and overlapping the frequency ranges, a broadband Helmholtz resonator can be realized.
  • Helmholtz resonators require large volumes, which can usually only be installed in large incinerators or heaters.
  • the Helmholtz resonator installed in the flow channel causes an impedance jump at the installation point, so that the sound waves at the resonance frequencies are strongly reflected back. This achieves a reduction of the sound amplitude of standing waves in the flow system. If the sound amplitude is high and at the same time there is a temperature-dependent frequency shift, as is the case, for example, in incinerators and heaters, the damping or suppression effect is very limited with a known Helmholtz resonator.
  • EP 723 123 B1 already discloses a heater with a sound damping device associated with the exhaust system, wherein the sound damping device has a flexible wall part which, as a mechanical resonator, has a very low impedance for the required frequency range.
  • the resonator is positioned at a pressure maximum of the resonance and thus as close as possible to the combustion site.
  • a further heater with a sound damping device for an exhaust-gas-side region in which a resonator is likewise arranged in the exhaust gas duct. It is provided to provide a wall of the resonator additionally with a sound-absorbing material.
  • a silencer which use a Helmholtz resonator, in which a porous body is arranged in a resonator.
  • the present invention has for its object to provide an acoustic resonator with increased sound attenuation, which acts for a wide frequency range and at the same time allows the realization of a compact volume.
  • the object of the invention is achieved with a sound damping device with the characterizing features of claim 1.
  • the sound damping device according to the invention has the advantage that the designed as a Helmholtz resonator resonator has a compact design and covers in its effect a wide frequency spectrum.
  • the porous material filled resonator cavity of the resonator is a low resonance frequency in a small volume can be achieved.
  • the acoustic attenuation of the porous material leads to a broadband effect of the resonator. This effect is particularly advantageous in suppressing drone noise in a heater.
  • the porous material in the resonator cavity of the resonator causes a direct action on the vibration system of the resonator.
  • the compliance of the resonance volume is influenced by the porosity of the porous material.
  • Figure 1 shows a flow channel 10 for a fuel / air mixture of a heater, not shown.
  • the flow channel 10 is preceded by a blower 12 which supplies the fuel / air mixture via the flow channel 10 under fan pressure to a burner, not shown, wherein the flow direction is shown with an arrow.
  • the blower 12 is connected to a suction section 13 to a mixing chamber 11, in the not shown an air intake pipe for the combustion air and a fuel feed for the fuel opens.
  • the flow channel 10, which comprises a straight flow-guiding section 15 and a flow deflection 16, is flanged to a pressure section 14 leading away from the fan 12.
  • the flow deflection 16 is a 90 ° deflection for the fuel / air mixture.
  • a resonator 20 is arranged as a sound damping device in the flow direction of the fuel / air mixture behind the fan 12 and at the outer angle at the transition from the straight flow guide section 15 to the flow deflection 16 within the flow channel 10.
  • the designed as a Helmholtz resonator resonator 20 has a pointing into the flow channel 10 side wall 21, in which, for example, a plurality of openings 22 are introduced.
  • the side wall 21 is designed running obliquely in the flow direction of the fuel / air mixture, so that the openings 22 are flowed through by the fuel / air mixture at an angle.
  • the side of the resonator 20 which continues to point into the flow channel 10 is closed by a front wall 28.
  • a cavity is formed, which forms a resonator 24 of the resonator 20.
  • the resonator 24 is completely filled with a porous mass or a porous material 30.
  • a porous material 30 for example, an acoustic foam or rock wool can be used.
  • the acoustic foam or stone wool may be compressed to have a larger pore density, thereby achieving a lower resonant frequency with a small overall volume.
  • the accommodated in the resonator 10 porous material 30 leads to an acoustic attenuation with a broadband effect.
  • a sound damping device wherein the resonator 20 in the flow channel for the exhaust gas of the burner of the heater is arranged.
  • at least one resonator as a sound damping device both in the flow channel of the fuel / air mixture and in the flow channel of the exhaust gas of the heater.
  • FIG. 1 An exemplary embodiment of a resonator 20, which is used for example in the flow channel 10 of the fuel / air mixture of a heater according to Figure 1, it is apparent from Figures 2 to 5.
  • the resonator 20 has a casing with a substantially planar side wall 26, a substantially circular arc-shaped rear wall 27 and the front wall 28.
  • the side wall 26 forms the side wall 21 described in Figure 1.
  • the rear wall 27 is adapted to the tubular straight flow guide portion 15 of the flow channel 10.
  • the side wall 26 extends in accordance with the side wall 21 in Figure 1 to the vertical or to the flow direction of the fuel / air mixture in the flow direction rising obliquely with an angle ⁇ , so that the openings 22 in the Winkelavon the flow of the fuel / air mixture be streamed.
  • a ring projection 29 is formed, which is adapted to the inner diameter of the tube of the straight flow guide portion 15 of the flow channel 10, so that the resonator 20 within the flow channel 10 is easier to position.
  • the casing Towards the inlet side or fan side, the casing has the front wall 28.
  • the jacket On the opposite side of the front wall 28, the jacket is open, for example, so that here the porous material 30 is covered by the adjacent wall of the flow deflection 16.
  • the jacket encloses the resonator 24, which is completely filled with the porous material 30. The porous material 30 is thus exposed to the flow of the fuel / air mixture only via the openings 22.

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Abstract

Es wird ein Schalldämpfungseinrichtung für einen Strömungskanal (10), insbesondere in einem Heizgerät vorgeschlagen. Die Schalldämpfungseinrichtung ist als Resonator (20) ausgeführt, der einen Resonatorraum (24) mit mindestens einer Öffnung (22) aufweist, über die der Resonatorraum (24) mit dem Strömungskanal (10) in Verbindung steht. Der Resonatorraum (24) ist vollständig mit einem porösen Material (30) gefüllt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schalldämpfungseinrichtung, insbesondere für ein Heizgerät, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
    • Stand der Technik
  • Mit Gas oder Öl beheizte Heizgeräte erzeugen Geräusche, die als Geräuschquellen die bei der Verbrennung auftretende Flamme, den im Heizgerät angeordneten Lüfter aber auch die im Heizgerät vorhandenen Strömungen in Strömungskanälen eines Brennstoffzufuhrsystems und/oder eines Abgassystems aufweisen. Besonders störend werden die Geräusche, wenn in der Heizeinrichtung Resonanzschwingungen auftreten. Bekannt ist allgemein, mittels eines Helmholtz-Resonators beziehungsweise einesλ/4-Rohres in akustischen Systemen das Auftreten von Resonanzfrequenzen zu unterdrücken. Zur Verhinderung von Resonanzschwingungen in Heizeinrichtungen ist es ebenfalls bekannt, Helmholtz-Resonatoren einzusetzen, die in die von Gasen durchströmten Strömungskanäle, insbesondere in das Abgassystem eingebaut sind. Da Helmholtz-Resonatoren nur bei spezifischen Frequenzen wirksam sind, wird zur Erweiterung des wirksamen Frequenzbandes beispielsweise der Reibungsverlust am Hals des Helmholtz-Resonators erhöht. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Verwendung mehrerer Helmholtz-Resonatoren, die bei unterschiedlichen Frequenzen wirken, einzusetzen. Durch die Kombination und Überlappung der Frequenzbereiche lässt sich ein breitbandiger Helmholtz-Resonator realisieren. Solche Helmholtz-Resonatoren erfordern jedoch große Volumina, die meist nur in großen Verbrennungsanlagen bzw. Heizeinrichtungen installiert werden können.
  • Der im Strömungskanal installierter Helmholtz-Resonator ruft einen Impedanzsprung an der Einbaustelle hervor, damit die Schallwellen bei den Resonanzfrequenzen stark zurückreflektiert werden. Dadurch wird eine Reduktion der Schallamplitude von stehenden Wellen im Strömungssystem erzielt. Wenn die Schallamplitude hoch ist und gleichzeitig eine temperaturabhängige Frequenzverschiebung vorliegt, wie dies beispielsweise bei Verbrennungsanlagen und Heizgeräten der Fall ist, ist der Dämpfungs- bzw. Unterdrückungseffekt mit einem bekannten Helmholtz-Resonator sehr begrenzt.
  • Aus EP 723 123 B1 ist bereits ein Heizgerät mit einer der Abgasführung zugeordneten Schalldämpfungseinrichtung bekannt, wobei die Schalldämpfungseinrichtung ein flexibles Wandteil aufweist, das als mechanischer Resonator eine sehr geringe Impedanz für den erforderlichen Frequenzbereich hat. Der Resonator ist dabei an einem Druckmaximum der Resonanz und damit möglichst nahe am Verbrennungsort positioniert.
  • Aus DE 35 17 859 C2 ist ein weiteres Heizgerät mit einer Schalldämpfungseinrichtung für einen abgasseitigen Bereich bekannt, bei dem ebenfalls in der Abgasführung ein Resonator angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen eine Wand des Resonators zusätzlich mit einem schallabsorbierenden Material zu versehen.
  • Darüber hinaus ist aus WO 01/71169 auf dem Gebiet der Schalldämpfung von Kraftfahrzeugabgasen ein Schalldämpfer bekannt, der einen Helmholtz-Resonator verwenden, bei dem in einem Resonatorraum ein poröser Körper angeordnet ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen akustischen Resonator mit erhöhter Schalldämpfung zu schaffen, der für einen breiten Frequenzbereich wirkt und zugleich die Realisierung eines kompakten Bauvolumens ermöglicht.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung wird mit einer Schalldämpfungseinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Schalldämpfungseinrichtung hat dabei den Vorteil, dass der als Helmholtz-Resonator ausgeführte Resonator eine kompakte Ausführung aufweist und in seiner Wirkung ein breites Frequenzspektrum abdeckt. Durch den mit dem porösen Material vollständig gefüllten Resonatorraum des Resonators ist eine niedrige Resonanzfrequenz bei kleinem Bauvolumen erreichbar. Die akustische Dämpfung des porösen Materials führt zu einer breitbandigen Wirkung des Resonators. Diese Wirkung ist besonders vorteilhaft bei der Unterdrückung von Dröhngeräuschen in einem Heizgerät. Das poröse Material im Resonatorraum des Resonators bewirkt eine direkte Einwirkung auf das Schwingungssystem des Resonators. Die Nachgiebigkeit des Resonanzvolumens wird dabei durch die Porosität des porösen Materials beeinflusst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfmdung sind durch die Maßnahmen der Unteransprüche möglich. Besonders zweckmäßig ist es, das poröse Material innerhalb des Resonatorraums zu komprimieren bzw. zu verdichten, so dass eine größere Porendichte vorliegt. Dadurch wird eine niedrigere Resonanzfrequenz bei einem kleinen Bauvolumen erreicht. Eine besonders effiziente Wirkung der erfindungsgemäßen Schalldämpfungseinrichtung wird erzielt, wenn der Resonator an Stellen in den Strömungskanal eingebaut ist, an denen die Schallwellen bei den Resonanzfrequenzen zurückreflektiert werden. Das sind insbesondere die Stellen, an denen eine Strömungsumlenkung erfolgt.
    • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine Anordnung einer erfindungsgemäßen Schalldämpfungseinrichtung in einem Strömungskanal für ein Brennstoff-Luft-Gemisch eines Heizgerätes,
    Figur 2
    eine perspektivische Seitenansicht eines Resonators einer erfindungsgemäßen Schalldämpfungseinrichtung,
    Figur 3
    eine Draufsicht auf den Resonator in Figur 2,
    Figur 4
    eine Schnittdarstellung durch den Resonator nach der Linie IV-IV in Figur 3 und
    Figur 5
    eine Ansicht A des Resonators in Figur 4.
    Ausführungsbeispiel
  • Figur 1 zeigt einen Strömungskanal 10 für ein Brennstoff-/Luftgemisch eines nicht näher dargestellten Heizgerätes. Dem Strömungskanal 10 ist ein Gebläse 12 vorgeschaltet, das einem nicht dargestellten Brenner das Brennstoff-/Luftgemisch über den Strömungskanal 10 unter Gebläsedruck zuführt, wobei die Strömungsrichtung mit einem Pfeil dargestellt ist. Das Gebläse 12 ist mit einer Saugabschnitt 13 an eine Mischkammer 11angeschlossen, in die nicht dargestellt eine Luftansaugrohr für die Verbrennungsluft und eine Brennstoffzufiihrung für den Brennstoff mündet. Der Strömungskanal 10, der einen geraden Strömungsführungsabschnitt 15 und eine Strömungsumlenkung 16 umfasst, ist an einen vom Gebläse 12 wegführenden Druckabschnitt 14 angeflanscht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Strömungsumlenkung 16 eine 90°-Umlenkung für das Brennstoff-/Luftgemisch.
  • Im Strömungskanal 10 ist in Strömungsrichtung des Brennstoff-/Luftgemischs hinter dem Gebläse 12 und im äußeren Winkel beim Übergang vom geraden Strömungsführungsabschnitt 15 zur Strömungsumlenkung 16 innerhalb des Strömungskanals 10 ein Resonator 20 als Schalldämpfungseinrichtung angeordnet. Der als Helmholtz-Resonator ausgeführte Resonator 20 weist eine in den Strömungskanal 10 weisende Seitenwand 21 auf, in die beispielsweise mehrere Öffnungen 22 eingebracht sind. Die Seitenwand 21 ist in Strömungsrichtung des Brennstoff-/Luftgemischs schräg verlaufend ausgeführt, so dass die Öffnungen 22 vom Brennstoff-/Luftgemisch in einem Winkel angeströmt werden. Die weiterhin in den Strömungskanal 10 weisende Seite des Resonators 20 ist mit einer Vorderwand 28 verschlossen.
  • Hinter der Seitenwand 21 ist ein Hohlraum ausgebildet, der einen Resonatorraum 24 des Resonators 20 bildet. Der Resonatorraum 24 ist vollständig mit einer porösen Masse bzw. einem porösen Material 30 ausgefüllt. Als poröses Material 30 kann beispielsweise ein akustischer Schaum oder Steinwolle verwendet werden. Der akustische Schaum oder die Steinwolle kann komprimiert sein, so dass eine größere Porendichte vorliegt, um dadurch eine niedrigere Resonanzfrequenz bei einem kleinen Bauvolumen zu erreichen. Das im Resonatorraum 10 untergebrachte poröse Material 30 führt zu einer akustischen Dämpfung mit einer breitbandigen Wirkung.
  • Es ist auch ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Schalldämpfungseinrichtung denkbar, bei dem der Resonator 20 in dem Strömungskanal für das Abgas des Brenners des Heizgerätes angeordnet ist. Darüber hinaus ist es denkbar, mindestens einen Resonator als Schalldämpfungseinrichtung sowohl im Strömungskanal des Brennstoff-/Luftgemischs als auch im Strömungskanal des Abgases des Heizgerätes anzuordnen.
  • Eine Ausführungsbeispiel für einen Resonator 20, der beispielsweise in den Strömungskanal 10 des Brennstoff-/Luftgemischs eines Heizgerätes gemäß Figur 1 eingesetzt wird, geht aus den Figuren 2 bis 5 hervor. Die Resonator 20 weist eine Ummantelung mit einer im Wesentlichen ebenen Seitenwand 26, einer im Wesentlichen kreisbogenförmigen Rückwand 27 und der Vorderwand 28 auf. Die Seitenwand 26 bildet die in Figur 1 beschriebene Seitenwand 21. Die Rückwand 27 ist an den rohrförmigen geraden Strömungsführungsabschnitt 15 des Strömungskanals 10 angepasst. In die Seitenwand 26 sind mehrere Öffnungen 22, wie bereits in Figur 1 dargestellt, eingebracht. Wie aus Figur 4 hervorgeht, verläuft die Seitenwand 26 entsprechend der Seitenwand 21 in Figur 1 zur Senkrechten bzw. zur Strömungsrichtung des Brennstoff-/Luftgemischs in Strömungsrichtung ansteigend schräg mit einem Winkelα, so dass die Öffnungen 22 im Winkelavon der Strömung des Brennstoff-/Luftgemischs angeströmt werden.
  • Zum Positionieren des Resonators 20 in der Rohrleitung des Strömungskanals 10 ist ein Ringansatz 29 ausgebildet, der an den Innendurchmesser des Rohres des geraden Strömungsführungsabschnitts 15 des Strömungskanals 10 angepasst ist, so dass der Resonator 20 innerhalb des Strömungskanals 10 einfacher positionierbar ist. Zur Anströmseite hin bzw. gebläseseitig weist die Ummantelung die Vorderwand 28 auf. An der der Vorderwand 28 gegenüberliegenden Seite ist die Ummantelung beispielsweise offen, so dass hier das poröse Material 30 von der angrenzenden Wand der Strömungsumlenkung 16 bedeckt ist. Die Ummantelung umschließt den Resonatorraum 24, der vollständig mit dem porösen Material 30 ausgefüllt ist. Das poröse Material 30 ist der Strömung des Brennstoff-/Luftgemischs somit lediglich über die Öffnungen 22 ausgesetzt.

Claims (10)

  1. Schalldämpfungseinrichtung für einen Strömungskanal (10), insbesondere in einem Heizgerät, mit einem Resonator (10), der einen Resonatorraum (24) mit mindestens einer Öffnung (22) aufweist, wobei der Resonatorraum (24) über die Öffnung (22) mit dem Strömungskanal (10) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonatorraum (24) vollständig mit einem porösen Material (30) gefüllt ist.
  2. Schalldämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Material (30) innerhalb des Resonatorraums (24) verdichtet ist.
  3. Schalldämpfungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonatorraum (24) vom mindestens einer der Strömung im Strömungskanal (10) ausgesetzten Seitenwand (21) begrenzt ist und dass in der Seitenwand (21) die Öffnung (22) eingebracht ist.
  4. Schalldämpfungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand (21) in einem Winkelaschräg zur Strömungsrichtung der Strömung im Strömungskanal (10) verläuft, derart, dass eine Anströmung der Öffnung (22) im Winkelα erfolgt.
  5. Schalldämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbauort für den Resonator (20) an der Stelle des Strömungskanals (10) liegt, der zumindest in der Nähe ein Schallamplitudenmaximum aufweist.
  6. Schalldämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbauort des Resonators (20) an der Stelle des Strömungskanals (10) liegt, an der die Schallwellen bei der Resonanzfrequenze des Resonators (20) zurückreflektiert werden.
  7. Schalldämpfungseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbauort des Resonators (20) an der Stelle des Strömungskanals (12) liegt, an der die Strömung im Strömungskanals (10) eine Strömungsumlenkung erfährt.
  8. Schalldämpfungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbauort des Resonators (20) innerhalb des Strömungskanals (10) im äußeren Winkel beim Übergang von einem geraden Strömungsführungsabschnitt (15) zu einer Strömungsumlenkung (16) liegt.
  9. Schalldämpfungseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (20) im Strömungskanal (10) eines Brennstoff- und/oder Luftsystem eines Heizgerätes angeordnet ist,
  10. Schalldämpfungseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (20) im Strömungskanal (10) eines Abgassystems eines Heizgerätes angeordnet ist,
EP05106889A 2004-08-06 2005-07-27 Schalldämpfungseinrichtung, insbesondere für ein Heizgerät Pending EP1624163A1 (de)

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