DE102005052881A1 - Heating device e.g. oil-heated heating device, has helmholtz-resonator connected to opening as noise damping device and having resonator chamber formed with controller to change acoustic mass and/or volume of resonator chamber - Google Patents

Heating device e.g. oil-heated heating device, has helmholtz-resonator connected to opening as noise damping device and having resonator chamber formed with controller to change acoustic mass and/or volume of resonator chamber Download PDF

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Abstract

The device has a burner arranged in a combustion chamber, where fuel-air mixture is supplied to the burner by a flow channel (10). The mixture is burnt in the chamber and is supplied to a heat exchanger as exhaust gas. Another flow channel (10) is attached to a flow side output. A wall section with an opening (12) is formed in the channels and/or in the chamber. A helmholtz-resonator (20) is connected to the opening as a noise damping device. The resonator has a resonator chamber (21) that is formed with a controller (25) to change acoustic mass and/or volume of the resonator chamber.

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät mit einer Schalldämpfungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a heater with a sound damping device according to the preamble of claim 1.

An gas- oder ölbeheizten Heizgeräten treten Geräusche auf, die von den bei der Verbrennung auftretenden Flammen erzeugten Brennkammerschwingungen her rühren. Die Wechselwirkung der Brennkammern mit verschiedenen Luftansaug- bzw. Gemischansaugsystemen und Abgassystemen erschwert eine Abstimmung des Gesamtsystems und dadurch eine Unterdrückung derartiger Brennkammerschwingungen. Bekannt ist, in akustischen Systemen mittels Helmholtz-Resonatoren das Auftreten von Schwingungen, insbesondere Resonanzschwingungen zu unterdrücken. Da Helmholtz-Resonatoren nur bei spezifischen Frequenzen wirksam sind, werden zur Erweiterung des wirksamen Frequenzbands beispielsweise mehrere Helmholtz-Resonatoren eingesetzt. Durch die Kombination und Überlappung der Frequenzbereiche lässt sich dadurch ein breitbandiger Helmholtz-Resonator realisieren. Derartige Helmholtz-Resonatoren erfordern jedoch ein großes Volumina, die meist nur in großen Verbrennungsanlagen bzw. Heizgeräten installiert werden können. Eine derartige Schalldämpfungseinrichtung für ein Heizgerät ist beispielsweise aus DE 3517859 C2 bekannt, bei der der Helmholtz-Resonator in einer Abgasführung des Heizgeräts angeordnet ist.At gas- or oil-fired heaters occur noises that stir from the combustion chamber vibrations produced during combustion ago. The interaction of the combustion chambers with various air intake or Gemischansaugsystemen and exhaust systems makes it difficult to tune the entire system and thereby suppressing such combustion chamber vibrations. It is known to suppress in acoustic systems by means of Helmholtz resonators the occurrence of vibrations, in particular resonance vibrations. Since Helmholtz resonators are effective only at specific frequencies, for example, several Helmholtz resonators are used to expand the effective frequency band. By combining and overlapping the frequency ranges, a broadband Helmholtz resonator can be realized. However, such Helmholtz resonators require a large volumes, which can usually only be installed in large incinerators or heaters. Such a sound damping device for a heater is for example off DE 3517859 C2 known in which the Helmholtz resonator is disposed in an exhaust duct of the heater.

Aus DE 19612987 A1 ist ein Heizgerät mit einer der Abgasführung zugeordneten Schalldämpfungseinrichtung bekannt, bei der ein Wandabschnitt einer Abgasleitung, einer Zuluftleitung, eines Gemischzufuhrkanals, einer Brennerhaube oder eines Abgassammlers nachgiebig ausgebildet ist. Die Nachgiebigkeit des Wandabschnitts ist gemäß einer ersten Ausführungsform so ausgebildet, indem die gesamte Wandung oder Teile der Wandung durch ein nachgiebiges Material ausgeführt sind. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist außerdem vorgesehen, in der Wandung ein Loch einzubringen, das mit einer nachgiebigen Membran abgedeckt ist.Out DE 19612987 A1 is a heater with a exhaust guide associated sound damping device is known, in which a wall portion of an exhaust pipe, a supply air line, a mixture supply channel, a burner hood or an exhaust manifold is resilient. The resilience of the wall portion is formed according to a first embodiment by the entire wall or parts of the wall are made by a resilient material. According to a further embodiment, it is also provided to introduce a hole in the wall, which is covered with a resilient membrane.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schalldämpfungseinrichtung für ein Heizgerät zu schaffen, die sich Änderungen der Schwingungsfrequenz in der Brennkammer anpasst, sodass die Brennkammerschwingungen effektiv und optimal unterdrückt werden können.Of the The present invention is based on the object, a sound damping device to create for a heater the changes the vibration frequency in the combustion chamber adapts, so that the combustion chamber vibrations effectively and optimally suppressed can be.

Offenbarung der Erfindungepiphany the invention

Die Aufgabe der Erfindung wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das Heizgerät mit der erfindungsgemäßen Schalldämpfungseinrichtung hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln eine Frequenzanpassung des Helmholtz-Resonators möglich ist, wobei dies durch eine Änderung der akustischen Masse und/oder des temperaturabhängigen Volumens des Resonatorraums erzielt wird.The The object of the invention is with the characterizing features of Claim 1 solved. The heater with the sound damping device according to the invention has the advantage that with simple means a frequency adjustment the Helmholtz resonator possible is, by changing it the acoustic mass and / or the temperature-dependent volume of the Resonatorraums is achieved.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Maßnahmen der Unteransprüche möglich.advantageous Further developments of the invention are possible by the measures of the subclaims.

Die Arbeitsfrequenz des Helmholtz-Resonators hängt von dem Puffervolumen sowie von der akustischen Masse der schwingenden Gassäule im Eingangskanal bzw. Flaschenhals zum Resonatorraum des Helmholtz-Resonators ab. Vorteilhafterweise werden die Brennkammerschwingungen mittels eines Schallaufnehmers am Strömungskanal aufgenommen und einem Regler zugeführt. Mittels des Reglers wird anhand der aufgenommenen Brennkammerschwingungen die Änderung der akustischen Masse und/oder des temperaturabhängigen Volumens des Resonatorraums vorgenommen.The Working frequency of the Helmholtz resonator depends on the buffer volume as well from the acoustic mass of the vibrating gas column in the inlet channel or bottleneck to the resonator cavity of the Helmholtz resonator. advantageously, become the combustion chamber vibrations by means of a Schallaufnehmers at the flow channel recorded and fed to a controller. By means of the regulator will based on the recorded combustion chamber vibrations the change the acoustic mass and / or the temperature-dependent volume of the Resonatorraums performed.

Eine vorteilhafte Ausführungsform zur Änderung der akustischen Masse wird durch eine Änderung der Temperatur des Gasvolumens im Resonatorraum erzielt. Dazu werden die Brennkammerschwingungen mittels des Schallaufnehmers aufgenommen und mittels des zwischengeschalteten Reglers wird die Temperatur des Gasvolumens im Resonatorraum des Helmholtz-Resonators verändert. Dadurch wird die Arbeitsfrequenz des Helmholtz-Resonators an die Brennkammerschwingung angepasst. Die Erhöhung der Temperatur im Resonatorraum des Helmholtz-Resonators wird zweckmäßiger Weise durch eine Heizeinrichtung realisiert, die um den Eingangskanal an der Öffnung des Resonatorraums angeordnet ist.A advantageous embodiment to change The acoustic mass is due to a change in the temperature of the Gas volume achieved in the resonator. These are the combustion chamber vibrations recorded by means of the sound pickup and by means of the intermediate Regulator is the temperature of the gas volume in the resonator of the Helmholtz resonator changed. As a result, the operating frequency of the Helmholtz resonator to the combustion chamber oscillation customized. The increase the temperature in the resonator cavity of the Helmholtz resonator is suitably through realized a heating device, which surrounds the input channel at the opening of the Resonatorraums is arranged.

Eine Ausführungsform zur Frequenzanpassung durch Änderung des temperaturabhängigen Volumens wird erzielt, indem die Frequenzanpassung durch die Änderung der Gasfederkonstante im Resonatorraum realisiert wird. Dazu wird das Volumen des Resonatorraums verändert, indem mindestens eine veränderbare Wandung oder mindestens ein veränderbarer Wandabschnitt am Resonatorraum eingesetzt wird, die bzw. der beispielsweise durch ein temperaturabhängiges Bimetallmaterial oder ein temperaturabhängiges Formgedächtnismaterial realisiert werden kann. Dabei werden ebenfalls mittels des Schallaufnehmers die Brennkammerschwingungen im Strömungskanal aufgenommen. Durch einen zwischengeschalteten Regler wird beispielsweise die Temperatur der Wandung oder des Wandabschnitts des Resonatorraums des Helmholtz-Resonators verändert, um so die Arbeitsfrequenz des Helmholtz-Resonators an die Brennkammerschwingung anzupassen.An embodiment for frequency matching by changing the temperature-dependent volume is achieved by the frequency adjustment is realized by the change of the gas spring constant in the resonator chamber. For this purpose, the volume of the resonator chamber is changed by using at least one variable wall or at least one variable wall section on the resonator chamber, which can be realized for example by a temperature-dependent bimetallic material or a temperature-dependent shape memory material. In this case, the combustion chamber vibrations are also recorded in the flow channel by means of the Schallaufnehmers. By an intermediate controller, for example, the temperature of the wall or the wall portion of the resonator cavity of the Helmholtz resonator is changed so as to increase the operating frequency of the Helmholtz-Re sonators to match the combustion chamber vibration.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Two embodiments The invention are illustrated in the drawing and in the following Description closer explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel zur Anpassung der Arbeitsfrequenz des Helmholtz-Resonators an die Brennkammerschwingung und 1 a first embodiment for adapting the operating frequency of the Helmholtz resonator to the combustion chamber vibration and

2 ein zweites Ausführungsbeispiel zur Anpassung der Arbeitsfrequenz des Helmholtz-Resonators an die Brennkammerschwingung eines Heizgeräts. 2 A second embodiment for adapting the operating frequency of the Helmholtz resonator to the combustion chamber vibration of a heater.

1 und 2 zeigen beispielsweise einen abgasseitigen Strömungskanal 10, der an eine nicht dargestellte Brennkammer eines Heizgeräts angeschlossen ist. Ein in der Brennkammer von einem Brenner verbranntes Brenngas-Luftgemisch wird als Abgas einem Wärmetauscher zugeführt und über den abgasseitigen Strömungskanal 10, der den Abgasweg bildet, abgeführt. Im abgasseitigen Strömungskanal 10 ist eine Öffnung 12 ausgebildet, an die ein Helmholtz-Resonator 20 angeschlossen ist. Der Helmholtz-Resonator 20 weist einen Resonatorraum 21 auf, der über einen flaschenhalsförmigen Einlasskanal 22 an die Öffnung 12 des Strömungskanals 10 angeschlossen ist. Im Strömungskanal 10 ist weiterhin ein Schallaufnehmer 23, beispielsweise ein Mikrofon zugeordnet, das die Brennkammerschwingungen im Strömungskanal 10 erfasst und an einen Regler 25 weiter leitet. 1 and 2 show, for example, an exhaust-side flow channel 10 which is connected to a not shown combustion chamber of a heater. A fuel gas-air mixture combusted in the combustion chamber by a burner is fed as exhaust gas to a heat exchanger and via the exhaust-side flow channel 10 , which forms the exhaust path, dissipated. In the exhaust gas flow channel 10 is an opening 12 formed, to which a Helmholtz resonator 20 connected. The Helmholtz resonator 20 has a resonator space 21 on, via a bottleneck-shaped inlet channel 22 to the opening 12 of the flow channel 10 connected. In the flow channel 10 is still a sound pickup 23 , For example, a microphone associated with the combustion chamber vibrations in the flow channel 10 captured and sent to a controller 25 continues to lead.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist um den flaschenhalsförmigen Einlasskanal 22 ein Heizelement 26 angeordnet, das über eine Signalleitung vom Regler 25 angesteuert wird. Mittels des Heizelements 26 wird anhand der vom Schallaufnehmer 23 aufgenommenen Brennkammerschwingung mittels des Reglers 25 die Temperatur am Einlasskanal 22 verändert und dadurch die Temperatur des Gases im Resonatorraum 21 entsprechend angepasst. Bei einer hohen Brennkammerschwingungsfrequenz wird die Temperatur T des Gases im Resonatorraum 21 erhöht und bei einer niedrigen Brennkammerschwingungsfrequenz reduziert. Durch die Änderung der Temperatur T am Einlasskanal 26 wird die akustische Masse des Gases im Resonatorraum 21 variiert. Durch diese Variierung wird die Arbeitsfrequenz des Helmholtz-Resonators 20 an die in den Strömungskanal 10 sich ausbreitende Brennkammerschwingung angepasst.According to the embodiment 1 is around the bottle neck inlet channel 22 a heating element 26 arranged, via a signal line from the controller 25 is controlled. By means of the heating element 26 is determined by the sound pickup 23 recorded combustion chamber vibration by means of the regulator 25 the temperature at the inlet channel 22 changes and thereby the temperature of the gas in the resonator 21 adjusted accordingly. At a high combustion chamber oscillation frequency, the temperature T of the gas in the resonator chamber 21 increased and reduced at a low combustion chamber frequency. By changing the temperature T at the inlet channel 26 becomes the acoustic mass of the gas in the resonator space 21 varied. This variation makes the operating frequency of the Helmholtz resonator 20 to the in the flow channel 10 adapted propagating combustion chamber oscillation.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 wird die Anpassung der Arbeitsfrequenz des Helmholtz-Resonators 20 an die sich im Strömungskanal 10 fortpflanzende Brennkammerschwingung durch eine Änderung des Volumens V des Resonatorraums 21 realisiert. Dabei ist der Resonatorraum 21 mit einer volumenveränderbaren Wandung 27 oder einem volumenveränderbaren Wandabschnitt ausgeführt, die oder der anhand der vom Schallaufnehmer 23 aufgenommenen Brennkammerschwingung mittels des Reglers 25 eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Volumens V von einem Volumen V1 auf ein Volumen V2 durch eine Veränderung der Wandung 27 bzw. des Wandabschnitts einstellt. Bei einer hohen Brennkammerschwingungsfrequenz wird das Volumen V des Resonatorraums 21 verkleinert und bei einer kleinen Brennkammerschwingungsfrequenz vergrößert. Die volumenveränderbare Wandung 27 bzw. der volumenveränderbare Wandabschnitt kann dabei durch ein temperaturabhängige Bimetallmaterial oder ein temperaturabhängiges Formgedächtnismaterial realisiert werden.According to the second embodiment 2 becomes the adaptation of the operating frequency of the Helmholtz resonator 20 to the flow channel 10 propagating combustion chamber vibration by a change in the volume V of the resonator cavity 21 realized. Here is the Resonatorraum 21 with a volume changeable wall 27 or a volume-changeable wall section executed, the or the basis of the sound pickup 23 recorded combustion chamber vibration by means of the regulator 25 an increase or decrease of the volume V from a volume V1 to a volume V2 by a change in the wall 27 or the wall section sets. At a high combustion chamber oscillation frequency, the volume V of the resonator chamber becomes 21 reduced and enlarged at a small combustion chamber frequency. The volume changeable wall 27 or the volume-changeable wall section can be realized by a temperature-dependent bimetallic material or a temperature-dependent shape memory material.

Claims (8)

Heizgerät mit in einer Brennkammer angeordneten Brenner, dem ein Brennstoff-Luftgemisch über einen brennstoffseitigen Strömungskanal zugeführt wird, das in einer Brennkammer verbrannt und als Abgas einem Wärmetauscher zugeführt wird, an dessen strömungsseitigen Ausgang eine abgasseitiger Strömungskanal angeschlossen ist, wobei am brennstoffseitigen Strömungskanal und/oder am abgasseitige Strömungskanal und/oder an der Brennkammer ein Wandabschnitt mit mindestens einer Öffnung ausgebildet ist, an die ein Helmholtz-Resonator (20) als Schalldämpfungseinrichtung angekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Helmholtz-Resonator (20) einen Resonatorraum (21) aufweist, der mit Mitteln zur Änderung der akustischen Masse und/oder des Volumens ausgebildet ist.Heater with arranged in a combustion chamber burner to which a fuel-air mixture is supplied via a fuel-side flow channel, which is burned in a combustion chamber and fed as exhaust gas to a heat exchanger, at its flow-side outlet an exhaust-gas flow channel is connected to the fuel-side flow channel and / or on the exhaust-side flow channel and / or on the combustion chamber, a wall section is formed with at least one opening, to which a Helmholtz resonator ( 20 ) is coupled as a sound damping device, characterized in that the Helmholtz resonator ( 20 ) a resonator space ( 21 ) formed with means for changing the acoustic mass and / or the volume. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schallaufnehmer (23) vorgesehen ist, der die sich im Strömungskanal (10) fortpflanzende Brennkammerschwingung aufnimmt, und dass ein Regler (25) vorgesehen ist, mittels dem die Änderungen der akustischen Masse und/oder des Volumens des Resonatorraums (21) anhand der vom Schallaufnehmer (23) aufgenommenen Brennkammerschwingung variierbar ist.Heater according to claim 1, characterized in that a sound sensor ( 23 ) is provided, which in the flow channel ( 10 ) receives propagating combustion chamber vibration and that a controller ( 25 ) is provided, by means of which the changes of the acoustic mass and / or the volume of the Resonatorraums ( 21 ) on the basis of the sound sensor ( 23 ) recorded combustion chamber vibration is variable. Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Variierung der akustischen Masse durch eine Änderung der Temperatur des Gases im Resonatorraum (21) erzielbar ist.Heater according to claim 1 or 2, characterized in that the variation of the acoustic mass by a change in the temperature of the gas in the Resonatorraum ( 21 ) is achievable. Heizgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Heizelement (26) vorgesehen ist, mittels dem die Temperatur des Gases im Resonatorraum (21) einstellbar ist.Heater according to claim 3, characterized in that a heating element ( 26 ) is provided, by means of which the temperature of the gas in the resonator ( 21 ) is adjustable. Heizgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (26) an einem flaschenhalsförmigen Einlasskanal (22) ausgebildet ist, der vom Strömungskanal (10) in den Resonatorraum (21) führt.Heater according to claim 3 or 4, characterized in that the heating element ( 26 ) on a bottle-necked inlet channel ( 22 ) formed by the flow channel ( 10 ) into the resonator space ( 21 ) leads. Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonatorraum (21) mindestens eine volumenveränderbare Wandung oder zumindest einen volumenveränderbaren Wandabschnitt (27) aufweist, mit der oder mit dem eine Änderung des Volumens anhand der mit dem Schallaufnehmer (23) erfassten Brennkammerschwingung realisierbar ist.Heater according to claim 1 or 2, characterized in that the resonator space ( 21 ) at least one volume-changeable wall or at least one volume-changeable wall section ( 27 ), with or with which a change of the volume on the basis of the with the Schallaufnehmer ( 23 ) detected combustion chamber vibration is feasible. Heizgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die volumenveränderbare Wandung oder der volumenveränderbare Wandabschnitt (27) mittels eines temperaturabhängigen Materials realisiert ist.Heater according to claim 6, characterized in that the volume changeable wall or the volume changeable wall section ( 27 ) is realized by means of a temperature-dependent material. Heizgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das temperaturabhängige Material ein temperaturabhängiges Bimetall-Material oder ein temperaturabhängiges Formgedächtnismaterial ist.heater according to claim 7, characterized in that the temperature-dependent material a temperature-dependent Bimetallic material or a temperature-dependent shape memory material is.
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