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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Belüftung eines Raums sowie ein Belüftungssystem.
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Zur Belüftung von Räumen, insbesondere in Fahrzeugen, werden in der Regel Ventilatoren bzw. Gebläse eingesetzt, die Luft über Lamellen beschleunigen, dadurch einen Luftstrom erzeugen und die Luft in einem zu belüftenden Raum umwälzen bzw. den Raum mit frischer Luft versorgen.
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Da Gebläse in der Regel einen hohen Platz- und Energiebedarf haben, werden Verfahren und Vorrichtungen zur Belüftung von insbesondere engen Räumen benötigt, die effizient arbeiten und vergleichsweise wenig Platz benötigen.
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In der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2013 100 998 A1 ist ein Gebläse für ein Kraftfahrzeug vorgestellt, das einen Druckerzeuger und eine Nebenstromdüse umfasst, wobei ein durch den Druckerzeuger beschleunigter Luftstrom durch einen Wärmetauscher temperiert werden kann.
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Aus der
DE 102 34 345 A1 ist eine Gebläseanordnung zur Belüftung eines Fahrzeugs bekannt, bei der ein durch einen Elektromotor angetriebenes Doppelgebläse eingangsseitig mit mindestens einem Ansaugkanal und ausgangsseitig mit mindestens zwei Ausblaskanälen verbunden ist, wobei mindestens einer der Ausblaskanäle ein Umführungselement aufweist, über welches der betreffende Ausblaskanal mit dem zugehörigen Ansaugkanal zustandsabhängig verbunden wird.
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Die
DE 10 2010 029 921 A1 offenbart einen Lüfter, dessen Wirkungsweise darauf beruht, dass angesaugte Luft durch einen ringförmigen Schlitz austritt und anschließend Umgebungsluft mitreißt, so dass ein ringförmiger Luftstrahl entsteht, der deutlich stärker ist als der primäre Luftstrom.
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Aus der
DE 20 2010 016 053 U1 geht eine Kraftfahrzeugklimaanlage mit einer Umluftlufteinlassöffnung mit einer Umluftklappe zur Steuerung der durch die Umlufteinlassöffnung einleitbaren Luftmenge hervor, bei der die Geometrie der Umluftklappe so ausgebildet ist, dass bei einer teilweise oder vollständig geöffneten Umluftklappe kein oder nur sehr wenig Schall von dem Gebläse durch die Umlufteinlassöffnung nach außerhalb des Gehäuses gelangt.
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Die
CN 202 165 291 U lehrt einen blattlosen Lüfter für ein Fahrzeug mit einem Luftauslassring, der durch Befestigungsmittel mit einem Motorbefestigungshohlraum verbunden ist und eine 360°-Drehung um den Motorbefestigungshohlraum ausführen kann. Eine drehbare Spindelhalterung und ein Motor mit einem Turbinenverstärkungslüfter an einem Ende einer Ausgangswelle des Motors sind in dem Motorbefestigungshohlraum angeordnet.
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Vor diesem Hintergrund wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Belüftungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 6 vorgestellt.
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Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den abhängigen Patentansprüchen.
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Es wird somit ein Verfahren zum Beströmen eines Raums mit temperierter Luft vorgestellt, bei dem über mindestens eine Düse, die von einem ersten Gebläse mit Luft beströmt wird, ein Induktionsluftstrom aufgebaut wird, wobei über den Induktionsluftstrom in einem Wirkungsbereich des Induktionsluftstroms befindliche Umgebungsluft als Umgebungsluftstrom angesaugt, und über die mindestens eine Düse ein gerichteter Gesamtluftstorm bestehend aus dem Induktionsluftstrom und dem Umgebungsluftstrom in den Raum transportiert wird, und wobei die Umgebungsluft über einen Wärmetauscher temperiert und anschließend über ein zweites Gebläse in den Wirkungsbereich des Induktionsluftstroms geleitet wird.
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Das vorgestellte Verfahren nutzt ein Prinzip, das bspw. bei sogenannten Dyson-Ventilatoren zur Anwendung kommt. Dabei wird ein Luftstrom durch eine Düse geleitet, die an jeweiligen Austrittsstellen des Luftstroms aus der Düse flügelartig gebogene Flächen aufweist und den Luftstrom dadurch ausrichtet. Dies bedeutet, dass ein vertikal ausströmender Luftstrom durch die aerodynamisch gebogenen Flächen axial ausgelenkt wird und einen Induktionsluftstrom, d. h. Mantelstrom, bildet, der umgebende Luft „mitreißt“ und dadurch beschleunigt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die mindestens eine Düse zum Erzeugen des Induktionsluftstroms durch ein erstes Gebläse, d. h. ein Induktionsluftstromgebläse, mit Luft versorgt wird und ein Wärmetauscher zur Temperierung von Umgebungsluft durch ein zweites Gebläse, d. h. ein Umgebungsluftgebläse, mit Umgebungsluft versorgt wird, so dass durch den Induktionsluftstrom beschleunigte und in einen zu belüftenden Raum zu transportierende Umgebungsluft mittels des Wärmetauschers temperiert wird.
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Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Trennung von Induktionsluftstromkreislauf und Umgebungsluftstromkreislauf, ist es möglich, eine Temperatur eines jeweiligen Gesamtluftstorms, d. h. eines Luftstorms aus Induktionsluftstrom und mitgerissener Umgebungsluft, d. h. Umgebungsluftstrom, zu beeinflussen, ohne dass eine Intensität des Induktionsluftstroms verändert werden muss. Die bedeutet, dass durch eine Ansteuerung des zur Versorgung bzw. zum Umströmen des Wärmetauschers mit Umgebungsluft vorgesehenen Umgebungsluftgebläses ein Anteil von temperierter, d. h. von kalter oder warmer, Luft im Gesamtluftstrom gesteuert werden kann, ohne dass auf eine Wärmetauschleistung des Wärmetauschers eingewirkt werden muss.
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Weiterhin ist es ebenso denkbar, dass durch Regulierung einer aktuellen Wärmetauschleistung des Wärmetauschers bei gleichbleibender Leistung des Umgebungsluftgebläses Einfluss auf die durch den Gesamtluftstrom regulierte Temperatur in einem zu belüftenden Raum genommen wird. Da der Induktionsluftstrom ein Vielfaches, insbesondere ein fünfzehnfaches seines eigenen Volumenstroms an Umgebungsluft, d. h. Luft aus einer Umgebung der mindestens einen Düse bzw. aus einem Wirkungsbereich des Induktionsluftstroms transportieren kann, ist eine Regulierung des Induktionsluftstroms selbst weniger für den Induktionsluftstrom von Bedeutung als für den Gesamtluftstrom, der sich entsprechend stärker reduziert. Durch eine getrennt von dem Induktionsluftstrom zu regulierende Temperatur des Umgebungsluftstroms kann der Gesamtluftstrom bei gleichbleibendem Volumenstrom, d. h. gleicher Stärke, und insbesondere gleichbleibendem Induktionsluftstrom effizient in seiner Temperatur reguliert werden. Dazu kann jeweilige Umgebungsluft bspw. mehrfach durch einen Wärmetauscher geleitet werden, bevor sie letztlich der mindestens einen Düse zugeführt, d. h. in einen Wirkungsbereich des Induktionsstroms gebracht wird.
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Weiterhin ist es möglich, neben bekannten Einstellungen wie Umwälzbetrieb oder Frischluftbetrieb, d. h. eine Versorgung mit beim Fahren angesaugter Luft, auch einen Mischbetrieb zu ermöglichen, bei dem eine bspw. vortemperierte Innenraumluft als Umgebungsluftstrom mit einem Induktionsluftstrom aus frisch angesaugter Luft einen Gesamtluftstrom bildet. Eine derartige Trennung klimatischer Eigenschaften von Induktionsluftstrom und Umgebungsluftstrom führt zu einem besonders angenehmen und fein regelbaren Gesamtluftstrom, der bspw. einen Innenraum eines Fahrzeugs besonders schnell erwärmt und einen Fahrer nicht mit trockener Luft belästigt, da sich die angewärmte Umgebungsluft schnell mit der Luft des Induktionsluftroms vermischt.
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Ferner kann unter Verwendung zweier Gebläse eine besonders kompakte Düse bzw. ein besonders schwacher Induktionsluftstrom gewählt werden. Während bei traditionellen Systemen ein Luftstrom so stark bemessen sein muss, dass sich auch an weit entfernten Strukturen, wie bspw. einem Wärmetauscher in einem Fahrzeug anliegende Strömungen bzw. Drücke ändern, kann der Induktionsluftstrom unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens unabhängig von weiteren Strukturen lediglich so stark gewählt werden, dass ein gewünschter bzw. angenehmer Gesamtluftstrom erreicht wird und eine akustische Belastung entsprechend gering ausfällt. Durch Verwendung eines separaten Gebläses für den Transport von Umgebungsluft zu einem jeweiligen Wärmetauscher, kann die Intensität des die Stärke des Gesamtluftstroms bestimmenden Gebläses zur Erzeugung des Induktionsluftstroms entsprechend geringer ausfallen, da die Umgebungsluft nicht mehr durch verwinkelte Rohrsysteme angesaugt zu werden braucht.
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In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass der Gesamtluftstrom aus temperiertem Umgebungsluftstrom und Induktionsluftstrom über eine Rotation der mindestens einen Düse in seiner Strömungsrichtung umgelenkt wird.
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Um einen Strömungsverlauf des Gesamtluftstroms zu verändern, ist vorgesehen, dass die mindestens eine Düse mindestens in horizontaler Richtung, insbesondere in horizontaler und vertikaler Richtung verstellbar ist.
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Durch eine zentrale Versorgung der mindestens einen Düse mit Luft zur Erzeugung des Induktionsluftstroms, wird die Düse lediglich an einem zentralen Punkt fixiert, um den die Düse schwenkbar ausgestaltet sein kann.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die temperierte Umgebungsluft über einen Luftkanal hinter die mindestens eine Düse geleitet wird.
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Um eine möglichst effiziente Integration von Umgebungsluft in einen Gesamtluftstrom zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass ein jeweiliger Umgebungsluftstrom durch das entsprechende Umgebungsluftgebläse hinter die mindestens eine Düse transportiert wird, so dass die Umgebungsluft besonders effizient durch den Induktionsluftstrom mitgerissen wird. Zum Transport des durch das Umgebungsluftgebläse beschleunigten Umgebungsluftstroms kann mindestens ein Luftkanal vorgesehen sein, der derart gewählt ist, dass Strömungseigenschaften des Umgebungsluftstroms an Anforderungen der mindestens einen Düse angepasst sind. Dies bedeutet, dass der Luftkanal bspw. einen definierten Durchmesser oder eine definierte Form aufweisen kann, welche die Umgebungsluft mit einer definierten Stärke an eine definierte Stelle relativ zu dem Induktionsluftstrom transportiert.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass der Luftkanal in seinem Querschnitt verändert wird, wodurch der Umgebungsluftstrom in seiner Stärke verändert wird.
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Es ist denkbar, dass ein zum Belüften eines Raums verwendeter Gesamtluftstrom aus einem Umgebungsluftstrom besteht, der lediglich zu einem Teil aus temperierter Umgebungsluft und zu einem weiteren Teil aus Umgebungsluft, die nicht durch das Umgebungsluftgebläse umgewälzt wurde, besteht. Durch einen gemischten Umgebungsluftstrom kann auf Eigenschaften des Gesamtluftstroms, wie bspw. Luftfeuchtigkeit und Temperatur, eingewirkt werden, indem eine in einem Raum vorhandene Luft umgewälzt und teilweise um temperierte Luft ergänzt wird.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Belüftungssystem mit mindestens einer Düse, die durch einen Strömungskanal von einem ersten Gebläse derart mit Luft zu beströmen ist, dass mittels der mindestens einen Düse ein Induktionsluftstrom aufgebaut wird, der durch die mindestens eine Düse verläuft, wobei der Induktionsluftstrom zu verwenden ist, um in einem Wirkungsbereich des Induktionsluftstroms befindliche Umgebungsluft als Umgebungsluftstrom anzusaugen, und wobei ein Gesamtluftstrom bestehend aus dem Induktionsluftstrom und dem Umgebungsluftstrom über die mindestens eine Düse gerichtet zu transportieren ist, und wobei das Belüftungssystem einen Wärmetauscher umfasst, der dazu ausgebildet ist, von einem zweiten Gebläse zu der mindestens einen Düse zu transportierende Umgebungsluft zu temperieren.
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Das vorgestellte Belüftungssystem dient insbesondere zur Ausführung des vorgestellten Verfahrens.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass das vorgestellte Belüftungssystem nach dem „Dyson-Prinzip“ arbeitet, wie es bspw. bei Ventilatoren der Firma „Dyson“ zum Einsatz kommt. Dabei wird durch eine Düse ein Mantelstrom, d. h. Induktionsluftstrom erzeugt, der sich axial durch die Düse erstreckt und im Verhältnis zu seinem Eigenvolumen eine überproportional große Menge, d. h. bspw. eine fünf- bis fünfzehnfache Menge an Umgebungsluft ansaugt und mitreißt. Nach einem vergleichbaren Prinzip arbeiten bspw. Mantelstrahltriebwerke im Flugzeugbau. Da die Umgebungsluft passiv durch den Induktionsluftstrom mitgerissen wird, beschränkt sich ein zu leistender Energieaufwand auf die Beschleunigung des Induktionsluftstroms. Entsprechend ist es unter Verendung eines Belüftungssystems auf Grundlage des Dyson- bzw. Mantelstromprinzips möglich, im Verhältnis zu einem traditionellen Gebläse, das einen kompletten Gesamtluftstrom beschleunigen und umwälzen muss, bei einem vergleichbaren Düsenquerschnitt erheblich mehr Luft umzuwälzen, d. h. einen stärkeren Gesamtluftstrom zu erzeugen.
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In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Belüftungssystems ist vorgesehen, dass das Belüftungssystem in einem Fahrzeug angeordnet ist.
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Insbesondere beim Belüften von Fahrzeugen ist eine Integration von Belüftungsstärke und Belüftungstemperatur meist eine Kompromisslösung. Durch Verwendung des vorgestellten Belüftungssystems ist es möglich, einen Umgebungsluftstrom bspw. in wiederholten Zyklen durch einen Wärmetauscher zu leiten, bevor er einem jeweiligen Induktionsluftstrom zugeführt wird. Dadurch kann besonders warme bzw. kalte Luft bereitgestellt werden, auch ohne dass ein jeweiliger Wärmetauscher auf besonders hoher Stufe betrieben werden muss, so dass Energie beim Betrieb des Wärmetauschers gespart werden kann.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Belüftungssystems ist vorgesehen, dass ein Luftkanal zur Versorgung der mindestens einen Düse mit temperierter Umgebungsluft, stufenweise zu öffnen und zu verschließen ist.
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Um einen durch ein jeweiliges Umgebungsluftgebläse zu transportierenden Umgebungsluftstrom so anzupassen, dass er einer aktuellen durch bspw. einen Nutzer vorgegebenen Einstellung von Temperatur und Stärke eines jeweiligen Gesamtluftstroms entspricht, ist vorgesehen, dass der Umgebungsluftstrom durch sowohl eine Leistungsabgabe des Umgebungsluftgebläses als auch durch einen teilweisen Verschluss des Luftkanals zur Versorgung der mindestens einen Düse mit temperierter Umgebungsluft zu beeinflussen ist. So kann bspw. durch einen großen Verschluss bzw. eine kleine Öffnung des Luftkanals eine hohe Umwälzwirkung erzielt werden, wohingegen bei einem kleinen Verschluss bzw. einer großen Öffnung des Luftkanals eine hohe Temperierleistung erzielt werden kann.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Belüftungssystems ist vorgesehen, dass die mindestens eine Düse mindestens einen Helmholtz-Resonator zur Reduktion von Geräuschemissionen der mindestens einen Düse umfasst.
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Helmholtz-Resonatoren eignen sich besonders zur Reduktion von Vibrationen. Durch eine Kopplung, d. h. eine Verbindung, eines Helmholtz-Resonators mit dem vorgestellten Belüftungssystem können Vibrationen beim Betrieb des Belüftungssystems vermieden werden, so dass das Belüftungssystem sehr ruhig und für einen Nutzer angenehm läuft. Dabei können poröse Absorber und/oder Resonanzabsorber verwendet werden.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Belüftungssystems.
- 2 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung von Düsen zum Erzeugen eines Gesamtluftstroms.
- 3 zeigt eine Draufsicht auf die Düsen aus 2.
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In 1 ist eine Düse 1 dargestellt, die über einen ersten Luftkanal 3 mit Luft von einem Induktionsluftstromgebläse (hier nicht dargestellt) und über einen zweiten Luftkanal 5 mit temperierter Luft von einem Umgebungsluftgebläse (hier nicht dargestellt) versorgt wird, wie durch Pfeile 7 bzw. 9 verdeutlicht wird. Dabei ist der erste Luftkanal 3 mit der Düse 1 funktional verbunden, so dass ein durch den ersten Luftkanal 3 geleiteter Luftstrom die Düse 1 von innen durchströmt, wobei die Düse 1 in ihrem Inneren Öffnungen 11 aufweist, durch die der aus dem ersten Luftkanal 3 in die Düse 1 geleitete Luftstrom als Induktionsluftstrom nach außen tritt und die Düse in Richtung eines zu belüftenden Raums verlässt, wie durch Pfeil 13 angedeutet.
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Durch den Induktionsstrom wird durch den zweiten Luftkanal 5 geleitete temperierte Umgebungsluft mitgerissen und als Gesamtluftstrom in Richtung des Pfeils 13 ausgeleitet. Da der Induktionsluftstrom als Mantelstrom wirkt, trägt der Induktionsluftstrom selbst nur einen Bruchteil, bspw. 20%, zu einem Gesamtluftstrom aus Induktionsluftstrom und Umgebungsluftstrom bei.
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Aufgrund des von dem Induktionsluftstrom unabhängigen Umgebungsluftstroms, der durch eine von einer Induktionsluftstrompumpe unabhängige Umgebungsluftstrompumpe umgewälzt wird, kann der Umgebungsluftstrom, bspw. durch mehrfaches Zirkulieren durch einen Wärmetauscher 15, wie durch Pfeil 17 angedeutet, jeweiligen Anforderungen eines Nutzers, wie bspw. Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit entsprechend umgewälzt werden, bevor er dem Gesamtluftstrom zugeführt wird. Der Wärmetauscher 15 kann als Heiz- und/oder Kühlelement ausgestaltet sein.
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In 2 sind zwei Düsen 21 und 23 dargestellt, durch die jeweils ein Gesamtluftstrom zum Belüften eines Fahrzeugs erzeugt wird. Die Düsen 21 und 23 sind sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung verstellbar, so dass bspw. ein Fahrer und ein Beifahrer ihren Wünschen entsprechend mit Luft versorgt werden können. Durch eine veränderbare Größe eines Luftkanals zur Zuführung von Induktionsluft zu der jeweiligen Düse 21 bzw. 23 kann die Düse 21 bzw. 23 in der Stärke eines erzeugten Gesamtluftstroms getrennt von der entsprechend anderen Düse 21 bzw. 23 geregelt werden. Eine derartige Regelung der Größe des jeweiligen Luftkanals kann bspw. über eine Verengung in dem jeweiligen Luftkanal, die bspw. über einen Schalter 25 zu steuern ist, erreicht werden.
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In 3 ist eine Draufsicht auf ein Belüftungssystem 30 mit Düsen 21 und 23 dargestellt. Im Gegensatz zu Düsen traditioneller Bauart ist es unter Verwendung des Belüftungssystems 30 möglich, einen Raum 31 hinter den Düsen 21 und 23, in dem zu verteilende Umgebungsluft bereitgestellt wird, für einen Nutzer zugänglich zu gestalten. Dies bedeutet, dass der Nutzer auf den Raum 31, bspw. durch Anbringen von Beduftungskörpern, einwirken kann. Weiterhin werden abgeschlossene Kanäle zum Leiten von Luft, in denen sich insbesondere beim Betrieb von Klimageräten Bakterien, wie bspw. Schimmelbakterien absetzen können, reduziert.
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Ferner entsteht durch Verwendung der Düsen 21 und 23 ein formschöner Eindruck, der einen erheblichen ästhetischen Mehrwert gegenüber einem herkömmlichen Lüftungsgitter bietet.
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Da die Düsen 21 und 23 lediglich durch einen kleinen, jeweils zentral an den Düsen angeordneten Luftkanal mit Luft zum Erzeugen des Induktionsluftstroms versorgt werden, können die Düsen 21 und 23 einzeln ausgelenkt werden, so dass ein jeweiliger Gesamtluftstrom ebenfalls ausgelenkt wird. Durch ein Auslenken, d. h. Rotieren, der Düsen 21 bzw. 23 kann auf ein Lüftungsgitter, wie es standardmäßig im Automobilbau verwendet wird, verzichtet werden. Durch einen Verzicht auf Lüftungsgitter erhöht sich eine Unfallsicherheit eines entsprechenden Fahrzeugs, da bei einem Aufprall ggf. entstehende splitternde scharfe Kleinteile vermieden werden.
