NL9500116A - Geluidgedempt verbrandingssysteem, en demper bestemd voor gebruik in een dergelijk systeem. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Geluidgedempt verbrandingssysteem, en demper bestemd voor gebruik in een dergelijk systeem.

De uitvinding heeft betrekking op een geluidgedempt verbrandingssysteem. De uitvinding heeft tevens betrekking op een in een dergelijk verbrandingssysteem te gebruiken akoestische demper.

Bekende verbrandingssystemen, zoals ketels voor verwarming, produceren geluid dat onder andere wordt veroorzaakt door het verbrandingsproces. De tijdens de verbranding optredende vlam is in akoestisch opzicht een bron van ruis en een versterker voor frequenties tussen nul en duizend hertz. Andere geluidsbronnen in verbrandingssystemen zijn bijvoorbeeld ventilatoren, gasstromingen in het systeem, etc. Er zijn diverse faktoren die zonder bijzondere maatregelen gemakkelijk tot het optreden van ongewenste akoestische resonanties kunnen leiden in het eerdergenoemde frequentiegebied in het verbrandingssysteem, welke resonanties niet alleen zeer hinderlijk zijn voor personen in de nabijheid van het systeem, maar ook kunnen leiden tot gebreken van het systeem door de met de resonantietrillingen van systeemonderdelen gepaard gaande wisselende mechanische belastingen daarvan. De frequenties van dergelijke resonanties zijn moeilijk te voorspellen. Zo moet rekening worden gehouden met het feit dat in een verbrandingssysteem sprake is van variabele geluidssnelheden, variabele gas/lucht/rookgasmassa's en variabel vlamgedrag bij verschillende temperaturen die bijvoorbeeld optreden tijdens vermogensvariaties van het verbrandingssysteem. Voorts zij in dit verband gewezen op de trend om verbrandingssystemen te verkleinen, geschikt te maken voor het verbranden van verschillende brandstoffen, en de systemen in gesloten bouwvorm uit te voeren, welke faktoren alle invloed hebben op de hoogte van de resonantiefrequenties. Verder is er in het bijzonder in het geval van ketels voor centrale verwarmingssystemen sprake van verschillende rookgasafvoerlengten voor verschillende typen huizen.

In het verleden zijn verschillende maatregelen voorgesteld om in verbrandingssystemen resonanties tegen te gaan en geluid te dempen. Een eerste voorbeeld van een dergelijke bekende maatregel betreft het aanbrengen van een of meer Helmholtz-resonatoren, welke echter beperkt toepasbaar zijn vanwege het feit dat zij slechts werkzaam zijn bij specifieke frequenties. Zodra derhalve sprake is van wisselende installatie- of bedrijfsomstandigheden, bieden Helmholtz-resonatoren niet of nauwelijks soelaas voor akoestische problemen, die breedbandig zijn en vooral in het gebied van lage frequenties (0-250 Hz) optreden. Bovendien zouden Helmholz-resonatoren voor een demping bij zeer lage frequenties relatief grote, onpraktische afmetingen moeten hebben.

Algemeen bekende maatregelen betreffen in het algemeen een verhoging van de akoestische impedantie (eenheid: druk per volumedebiet) van de inlaat, een verlaging van de akoestische impedantie van de uitlaat of een verhoging van de akoestische verliezen van het verbrandingssysteem. Gemeenschappelijk in de voornoemde maatregelen is dat zij ingrijpen in de eigenschappen van het trillende gasvormige medium, met andere woorden: de maatregelen zijn van pneumatisch-akoestische aard. Hierbij kan nadelig zijn dat de stationaire gasstromingsverliezen toenemen.

De uitvinding beoogt een op een geheel ander dempingsprin-cipe gebaseerd verbrandingssysteem te verschaffen, waarin geluid over een breed frequentiegebied kan worden gedempt. Bovendien beoogt de uitvinding een compacte oplossing voor de bovengenoemde geluidsproblemen te bieden.

Daartoe verschaft de uitvinding een verbrandingssysteem dat daardoor is gekenmerkt, dat een vooraf bepaald gedeelte van een overigens stijve wand van het systeem, een overigens stijve wand van een luchtinlaatkanaal van het systeem en/of een overigens stijve wand van een rookgasafvoerkanaal van het systeem flexibel is. Het flexibele wandgedeelte, waarvan de oppervlakte slechts een klein aantal vierkante decimeter behoeft te zijn, werkt als een mechanische resonator, en heeft een zeer lage impedantie voor het beoogde frequentiegebied. Wanneer een dergelijke resonator op een drukmaximum van de resonantie wordt geplaatst, en bij voorkeur zo dicht mogelijk bij de plaats van verbranding, ontstaat op deze plaats een akoestische "kortsluiting". Vanuit de vlam gezien verandert de akoestische impedantie door deze maatregel. Bovendien kunnen de akoestische verliezen toenemen.

Een sterke resonator introduceert naast een impedantiever-laging van het systeem rond de eigenfrequentie van de resonator ook nieuwe resonaties. Dit ongewenste neveneffekt blijkt effek-tief onderdrukt te kunnen worden door de buitenzijde van het flexibele wandgedeelte te bedekken met een bak van een stijf materiaal waarvan de randen aansluiten op het stijve gedeelte van de wand, waarbij het door het flexibele wandgedeelte en de bak begrensde volume via ten minste één opening in de bakwand in verbinding staat met de omgeving [s lucht] van de bak. Deze omgeving kan de omgevingslucht rondom het verbrandingssysteem betreffen, maar ook betrekking hebben op andere delen van het dempsysteem volgens de uitvinding, zoals in het navolgende zal blijken. De hoeveelheid lucht die zich in de bak bevindt, gedraagt zich als een luchtveer die veel stijver is dan het flexibele wandgedeelte. Hierdoor wordt door de luchtveer de verplaatsing van de lucht door het flexibele wandgedeelte doorgegeven naar de opening in de bak, waar aldus wrijving wordt opgewekt. Door het aanpassen van de afmetingen van de opening kan het gewenste dempende effekt worden ingesteld.

De eigenfrequentie van het flexibele wandgedeelte wordt bepaald door de mate van flexibiliteit en de massa daarvan. Indien een zeer lage eigenfrequentie is gewenst, bijvoorbeeld 20 Hz, zou het flexibele wandgedeelte relatief slap dienen te worden, en de massa daarvan zeer groot dienen te worden. Teneinde dit bezwaar te ondervangen, wordt aansluitend op elke opening van het door het flexibele wandgedeelte en de bak begrensde volume een aan de beide uiteinden open pijp met een vooraf bepaalde lengte en dwarsdoorsnede aangebracht. Het gewicht van de lucht in de pijp, getransformeerd met de verhouding van het kwadraat van de oppervlakte van het flexibele wandgedeelte tot het kwadraat van de oppervlakte van de pijpdoorsnede, heeft de uitwerking van een aanzienlijk gewicht op het flexibele wandgedeelte. De dempende eigenschappen van een dergelijke constructie kunnen nader ingesteld worden door het kiezen van een geschikte lengte en dwarsdoorsnede van elke pijp.

In een bijzondere uitvoeringsvorm worden flexibele wandge-deelten in serie geplaatst, bijvoorbeeld door een vooraf bepaald gedeelte van de overigens stijve bakwand plaatselijk flexibel uit te voeren. Zowel het stijve als het flexibele bakwandge-deelte kan de voornoemde opening(en) met de dempende werking bevatten. Daarnaast kan de buitenzijde van het flexibele bak-wandgedeelte van een bak zijn bedekt met een volgende bak van een stijf materiaal waarvan de randen aansluiten op het stijve gedeelte van de wand van de eerstgenoemde bak. De eerdergenoemde, op een opening in de bakwand aansluitende pijp kan in een voorkeursuitvoeringsvorm een verbinding vormen tussen twee of meer verschillende bakken. Ook een opening in het flexibele bakwandgedeelte kan een verbinding vormen tussen twee aan elkaar grenzende bakken.

Elke aanvullende bak dient hogere frequenties te dempen dan een voorgaande bak. Dit effekt kan op voordelige wijze worden bereikt doordat de flexibiliteit van de flexibele wandgedeelten per flexibel wandgedeelte afneemt in de richting van de buitenzijde van het verbrandingssysteem en/of door de afmetingen van de flexibele wandgedeelten per flexibel wandgedeelte te laten afnemen in de richting van de buitenzijde van het verbrandingssysteem .

In een voorkeursuitvoeringsvorm maakt het flexibele wandgedeelte deel uit van de wand van een Helmholtz resonator. Aldus kan een conventionele Helmholtz resonator voor een specifieke frequentie op voordelige wijze gecombineerd worden met de dempingsmaatregelen volgens de uitvinding voor een breed frequent iegebied .

In een andere voorkeursuitvoeringsvorm is de massa van het flexibele wandgedeelte ten behoeve van de demping van met name lage frequenties vergroot door het op het flexibele wandgedeelte met een bepaalde oppervlakte aanbrengen van een laag materiaal met een kleinere oppervlakte dan voornoemde oppervlakte.

Het flexibele wandgedeelte is niet werkzaam als er zich een drukminimum in het gas bevindt ter plekke van het flexibele wandgedeelte. Het is echter mogelijk een dergelijk drukminimum min of meer te fixeren op enige afstand van een flexibel wandgedeelte door ter plaatse in het systeem, het luchtinlaatkanaal of het rookgasafvoerkanaal over enige lengte een vernauwing van de doorlaat aan te brengen.

Het flexibele wandgedeelte is bij voorkeur gevormd door een membraan van een fluor bevattende polymeer, zoals PVDF, of roestvast staal, welke materialen goed bestand zijn tegen hoge temperaturen en weinig verouderingsverschijnselen vertonen.

Bij voorkeur worden de maatregelen volgens de uitvinding toegepast in een ketel voor centrale verwarming en/of verwarming van tapwater, in het bijzonder in het rookgasafvoerkanaal daarvan.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekening, waarin: fig. 1 een vooraanzicht van een demper volgens de uitvinding toont; fig. 2 een dwarsdoorsnede van de demper van fig. 1 volgens de lijn II-II met toegevoegde vernauwing toont; fig. 2a op verkleinde schaal een bovenaanzicht van de demper van fig. 2 volgens de pijl Ha toont; fig. 3 een dwarsdoorsnede van de demper van fig. 1 volgens de lijn III-III toont; fig. 4 een gedeelte van een schematisch weergegeven ver-brandingssysteem met een eerste variant van een demper volgens fig. 2 volgens de uitvinding toont; fig. 5 een gedeelte van een schematisch weergegeven ver-brandingssysteem met een tweede variant van een demper volgens fig. 2 volgens de uitvinding toont; fig. 6 een grafiek toont welke de met de demping volgens de uitvinding verkregen verbeterde akoestische eigenschappen van het verbrandingssysteem illustreert; en fig. 7 schematisch in dwarsdoorsnede een andere uitvoe- ringsvariant van de demper volgens de uitvinding toont.

In de verschillende figuren hebben gelijke verwijzingscij-fers betrekking op gelijke onderdelen of onderdelen met een gelijke funktie.

Fig. 1, 2, 2a en 3 tonen een demper 2 die een huisdeel 4, een membraan 6 en een bak 8 omvat. De demper is bestemd om deel uit te maken van een rookgasafvoerkanaal van een verbrandingssy-teem, bijvoorbeeld een ketel voor centrale verwarming en/of het verwarmen van tapwater. De stroming van rookgassen door de demper 2 is in fig. 2 geïllustreerd met pijlen 10. Voor de duidelijkheid zijn geen nadere details van het verbrandingssys- teem weergegeven in fig. 1-3.

Het membraan 6 is langs de randen daarvan ingeklemd tussen flenzen van het huisdeel 4 en de bak 8. Het membraan 6 kan tussen de flenzen zijn gelijmd, maar het is ook mogelijk het membraan tussen de flenzen vast te klemmen met behulp van een schroefverbinding tussen de flenzen of dergelijke. Het huisdeel 4 en de bak 8 zijn vervaardigd van een stijf materiaal, zoals een kunststof of een metaal, terwijl het membraan 6 zodanig flexibel is, dat dit door de geluidsdruk in het verbrandingssys-teem kan worden aangestoten en in dat geval als massa-veer dempersysteem gaat werken. Door een geschikte keuze van het materiaal, zoals PVDF, en de afmetingen van het membraan 6 wordt een resonantie in het rookgasafvoerkanaal in een vooraf bepaald frequentiegebied sterk verminderd. Dit dempeffekt treedt reeds op indien de demper uitsluitend een huisdeel 4 en een membraan 6 zou omvatten, dus bij ontbreken van de bak 8. De bak 8 is voorzien van een opening 12 die leidt naar een open pijp 14 welke aan het vrije uiteinde daarvan in open verbinding staat met de omgeving c.q. de omgevingslucht van de demper. Het membraan 6 en de bak 8 begrenzen een luchtveer, die door middel van de naar de omgeving leidende opening 12 lek is gemaakt. Daar de luchtveer veel stijver is dan het membraan 6, werkt de luchtveer als een geleider van de verplaatsing van de lucht door het membraan 6 naar de opening 12 en de pijp 14, waar de lucht wrijving ondervindt. Hierdoor ontstaat een trillingsdemping die op een gewenst frequentiegebied afgestemd kan worden door het op een geschikte wijze kiezen van de afmetingen van de opening 12 en die van de pijp 14, met name de lengte daarvan. Er wordt overigens ook bij afwezigheid van de pijp 14, d.w.z. indien de bak 8 uitsluitend is voorzien van een opening 12, door de luchtwrijving in de opening 12 reeds een geluiddempende werking verkregen welke onder omstandigheden voldoende kan zijn. De bak 8 kan desgewenst meerdere openingen omvatten, elk al dan niet voorzien van een pijp. Zoals in het bijzonder uit fig. 2 en 2a blijkt, kan de demper op enige afstand van het membraan 6 zijn voorzien van een element 13 met de funktie de doorlaat ter plaatse over enige lengte te vernauwen zodat een drukminimum in het door de demper stromende gas niet bij het membraan 6, maar op de plaats van het element 13 wordt "gefixeerd”.

Fig. 4 toont op enigszins vergrote schaal een demper 2a die een huisdeel 4 en een membraan 6 omvat. De demper 2a is aangesloten op een slechts globaal aangeduid verbrandingssyteem 16. In afwijking van fig. 1-3 omvat de demper 2a volgens fig. 4 een aantal bakken 8a, 8b, ..., 8x van een stijf materiaal, en membranen 6a, 6b,..., 6x van een flexibel materiaal. Het volume dat is gevormd door het membraan 6, de bak 8a en het membraan 6a is voorzien van een opening 12a welke aansluit op een pijp 14a. Het volume dat is gevormd door het membraan 6a, de bak 8b en het membraan 6b is voorzien van een opening 12b welke aansluit op een pijp 14b met een kortere lengte dan de pijp 14a. Het volume dat is gevormd door het membraan 6x en de bak 8x is tevens voorzien van een opening 12x die aansluit op een open pijp I4x die korter is dan alle overige pijpen. Voor de duidelijkheid zijn de diepten van de bakken 8a-8x disproportioneel groot getekend. Het membraan 6a is stijver dan het membraan 6, het membraan 6b is stijver dan het membraan 6a, en het membraan 6x is stijver dan alle overige membranen. Aldus kan, uitgaande van het principe van de in fig. 2 getoonde demper een demper volgens fig. 4 geconstrueerd worden die effektief werkzaam is over een groot frequentiegebied door het in serie schakelen van de bakken 8a-8x. Daarbij is de bak 8a werkzaam voor het dempen van relatief lage frequenties, terwijl de bakken 8b,...8x achtereenvolgens werkzaam zijn voor het dempen van respectieve hogere frequenties. Voor het bereiken van bepaalde dempende eigenschappen van de demper 2a kunnen eventueel twee of meer van de pijpen 14a,...14x onderling verbonden worden tot één (zich eventueel vertakkende) pijp die de respectieve bijbehorende openingen 12a,...12x met elkaar verbindt. Ook kunnen één of meer van de membranen 6a,...6x zijn voorzien van een dempende verbin-dingsopening.

Fig. 5 toont een demper 2b die evenals de demper 2a van fig. 4 een aantal in serie geschakelde bakken 8aa en 8bb van een stijf materiaal omvat. In tegenstelling tot de demper 2a van fig. 4 heeft de demper 2b van fig. 5 membranen 6 en 6aa van een flexibel materiaal, welke membranen alle van hetzelfde plaatvormige materiaal zijn vervaardigd en uitsluitend qua oppervlakte onderling verschillen. De demper 2b kan naar behoefte meer dan de in fig. 5 getoonde twee bakken 8aa en 8bb omvatten, zoals met onderbroken lijnen is gesuggereerd. De bak 8aa is voorzien van een opening 12aa met een daaraan gekoppelde open pijp 14aa, en op overeenkomstige wijze is de bak 8bb voorzien van een opening 12bb en een daarop aansluitende open pijp 14bb. De bak 8aa is werkzaam voor het dempen van relatief lage frequenties, terwijl hogere frequenties worden gedempt door middel van de bak 8bb.

Op een of meer van de flexibele wandgedeelten 6, 6a-6x of 6aa volgens fig. 1-5 kan een laag materiaal, bijvoorbeeld van bitumen, worden aangebracht, bijvoorbeeld gekleefd, met een kleinere oppervlakte dan de membraanoppervlakte, waardoor het membraan niet meer zal resoneren bij hogere frequenties. In fig. 2 is de laag materiaal op membraan 6 met verwijzingscijfer 16 aangeduid.

Fig. 6 toont een grafiek waarin langs de horizontale as de frequentie in Hz is uitgezet, terwijl langs de vertikale as het geluidsdrukniveau in dB is uitgezet. Curve A geeft de luid-sprekerresponsie van een bepaalde warmtewisselaar van een verbrandingssysteem zonder dempingsmaatregel weer; curve B geeft voor dezelfde warmtewisselaar de luidsprekerresponsie weer na het aanbrengen van een demper volgens de uitvinding. Zoals uit fig. 6 blijkt, is de demping van de toppen van de curve A over het getoonde frequentiegebied tussen 4 en 10 dB.

Fig. 7 illustreert een combinatie van een nabij een ver-brandingsplaats 20 van een verbrandingssysteem aangebrachte Helmholtz resonator 22 en een demper, welke een membraan 24, een bak 26 en een open pijpstomp 28 omvat. De Helmholtz resonator kan bijvoorbeeld een frequentie van 300 Hz dempen, terwijl het membraan 24, de bak 26 en de pijpstomp 28 zorgen voor een demping van lagere frequenties.

Claims (16)

1. Geluidgedempt verbrandingssysteem, mat het kenmerk, dat een vooraf bepaald gedeelte van een overigens stijve wand van het systeem, een overigens stijve wand van een luchtinlaatkanaal van het systeem en/of een overigens stijve wand van een rookgasafvoerkanaal van het systeem flexibel is.

2. Verbrandingssysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de buitenzijde van het flexibele wandgedeelte is bedekt met een bak van een stijf materiaal waarvan de randen aansluiten op het stijve gedeelte van de wand, waarbij het door het flexibele wandgedeelte en de bak begrensde volume via ten minste één opening in de bakwand in verbinding staat met de omgeving van de bak.

3. Verbrandingssysteem volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat aansluitend op elke opening een aan de beide uiteinden open pijp met een vooraf bepaalde lengte en dwarsdoorsnede is aangebracht.

4. Verbrandingssysteem volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat een vooraf bepaald gedeelte van de [stijve] bakwand plaatselijk flexibel is.

5. Verbrandingssysteem volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de buitenzijde van het flexibele bakwandgedeelte van een bak is bedekt met een volgende bak van een stijf materiaal waarvan de randen aansluiten op het stijve gedeelte van de wand van de eerstgenoemde bak.

6. Verbrandingssysteem volgens conclusies 3 en 5, met het kenmerk, dat de pijp een verbinding vormt tussen twee of meer verschillende bakken.

7. Verbrandingssysteem volgens conclusies 4, 5 of 6, met het kenmerk, dat de flexibiliteit van de flexibele wandgedeelten per flexibel wandgedeelte afneemt in de richting van de buitenzijde van het verbrandingssysteem.

8. Verbrandingssysteem volgens conclusies 4, 5 of 6, met het kenmerk, dat de afmetingen van de flexibele wandgedeelten per flexibel wandgedeelte afnemen in de richting van de buitenzijde van het verbrandingssysteem.

9. Verbrandingssysteem volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het flexibele wandgedeelte deel uitmaakt van de wand van een Helmholtz resonator.

10. Verbrandingssysteem volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat op het flexibele wandgedeelte met een bepaalde oppervlakte een laag materiaal met een kleinere oppervlakte dan voornoemde oppervlakte is aangebracht.

11. Verbrandingssysteem volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat in het systeem, het luchtinlaatkanaal of het rookgasafvoerkanaal, op enige afstand van een flexibel wandgedeelte daarvan is voorzien in een vernauwing van de doorlaat ter plaatse over enige lengte.

12. Verbrandingssysteem volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het flexibele wandgedeelte is gevormd door een membraan van een fluor bevattende polymeer of roestvast staal.

13. Verbrandingssysteem volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het systeem een ketel voor centrale verwarming en/of verwarming van tapwater is.

14. Demper voor een verbrandingssysteem volgens een van de voorgaande conclusies, gekenmerkt door een in hoofdzaak gesloten huis van een stijf materiaal, voorzien van een inlaat en een uitlaat, waarbij een vooraf bepaald gedeelte van de overigens stijve wand van de omhulling flexibel is.

15. Demper volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat deze is voorzien van een of meer bakken en een of meer flexibele wandge-deelten volgens een of meer van de conclusies 2-11.

16. Demper volgens conclusie 14 of 15, met het kenmerk, dat de demper is bestemd te worden opgenomen in het rookgasafvoerkanaal van het verbrandingssysteem.