DE10210769A1

DE10210769A1 - Absaugvorrichtung

Info

Publication number: DE10210769A1
Application number: DE2002110769
Authority: DE
Inventors: Volkhard Nobis
Original assignee: ThyssenKrupp HiServ GmbH
Current assignee: Kessler and Luch Entwicklungs- und Ingenieurgese De
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2002-03-12
Publication date: 2003-10-09
Anticipated expiration: 2022-03-13
Also published as: DE10210769B4; DE10262177B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Absaugvorrichtung (1), vorzugsweise für einen Tunnel (2), insbesondere für einen Autotunnel, mit wenigstens einer Wirbelhaube (4, 5). Um die Absaugeigenschaften weiter zu verbessern, eine Schädigung der Absaugvorrichtung (1) im Brandfall weitgehend zu vermeiden und um unmittelbar auf den Brandherd Einfluß nehmen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß wenigstens eine wenigstens eine Düse (18) aufweisende Eindüseinrichtung (17) vorgesehen ist und die Düse (18) der Eindüseinrichtung (17) außerhalb der Wirbelhaube (4, 5), vorzugsweise auf der Außenseite (31) der Wirbelhaube (4, 5), angeordnet und zur Erzeugung eines Sprühnebels (32) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Absaugvorrichtung, vorzugsweise für einen Tunnel, insbesondere für einen Autotunnel, mit wenigstens einer Wirbelhaube. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Absaugung von Gasen mittels wenigstens einer Absaugvorrichtung der vorgenannten Art.
Absaugvorrichtungen der vorgenannten Art sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Wesentlicher Bestandteil derartiger Absaugvorrichtungen sind linienförmige Erfassungselemente in Form von sogenannten Wirbelhauben. Genutzt wird dabei das aus der Natur bekannte Prinzip der Wirbelstürme, bei dem die Überlagerung einer Senkenströmung mit einem Potentialwirbel erfolgt. Im Kern des Wirbels, dem Wirbelfaden, gibt es große Unterdrücke mit bis zu -5000 Pa. Die Rotationsgeschwindigkeit um den Kern beträgt etwa das zehnfache der Absauggeschwindigkeit. Die Vorteile dieser Strömungsform liegen in der guten Absaugwirkung begründet, mit der sich insbesondere impulsbehaftete Gasströme wie etwa thermische Konvektionsströme besonders gut erfassen lassen. Derartige Systeme werden bislang vorzugsweise in der Eisen- und Stahlindustrie zum Absaugen von schadstoffbeladenen Konvektionsströmen und zur Absaugung von Rauch oder Schadgasen, beispielsweise im Brandfall, eingesetzt.
Wie bekannt, entwickelt ein Wirbelsturm in seiner Umgebung enorme Sogkräfte. Diese Sogwirkung wird bei einer Wirbelhaube durch einen künstlich erzeugten Wirbel erzielt, so daß der an einem Brandherd entstehende Rauch oder Schadgase umgehend abgesaugt werden. Diese Strömungen sind 50-100 Mal so stark wie herkömmliche Absaugverfahren. Dabei ist der Wirbel so stabil, daß er beliebig verlängert werden kann. Dafür werden in regelmäßigen Abständen Absaugöffnungen installiert, die den Wirbel "stützen". Auf diese Weise kann ein Tunnel oder eine Tiefgarage auf der gesamten Länge mit einer "Wirbelhaube" ausgestattet werden. Im Brandfall werden automatisch genau die Abschnitte aktiviert, die dem Brandherd am nächsten sind. So gelingt es, die Rauchausbreitung zu begrenzen und die Flucht- und Rettungswege rauchfrei zu halten.
Absaugvorrichtungen der vorgenannten Art haben, wie ausgeführt, bereits sehr gute Absaugeigenschaften.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Absaugvorrichtung und ein Verfahren jeweils der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, wobei die Absaugeigenschaften noch weiter verbessert sind und darüberhinaus eine Schädigung der Absaugvorrichtung im Brandfall weitgehend vermieden und unmittelbar auf den Brandherd Einfluß genommen werden kann.
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe ist bei einer Absaugvorrichtung mit den Oberbegriffsmerkmalen des Patentanspruchs 1 vorgesehen, daß wenigstens eine wenigstens eine Düse aufweisende Eindüseinrichtung vorgesehen ist und die Düse der Eindüseinrichtung außerhalb der Wirbelhaube, vorzugsweise auf der Außenseite der Wirbelhaube angeordnet und zur Erzeugung eines Sprühnebels ausgebildet ist. Verfahrensgemäß ist dementsprechend vorgesehen, daß in das abzusaugende Gas und/oder in die Umgebungsluft ein Fluid insbesondere unmittelbar vor der Wirbelhaube in der Art eines Sprühnebels eingedüst wird.
Grundsätzlich ist es erfindungsgemäß möglich, daß das Fluid in den abzusaugenden Gasstrom oder in die die Absaugvorrichtung umgebende Luft eingedüst wird. Wird das Fluid in den abzusaugenden Gasstrom, bei dem es sich beispielsweise um heiße Rauchgase und/oder Gase mit einer hohen Partikelbeladung handelt kann, eingedüst, so wird der Gasstrom durch die erfindungsgemäße Absaugvorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren bereits im Umgebungsbereich der Absaugvorrichtung schnell und effizient abgekühlt. Gleichzeitig werden Partikel im Gasstrom bereits vor dem Eintritt in die Absaugvorrichtung gebunden. Wird das Fluid in die Umgebungsluft eingedüst, so können die physikalisch-chemischen Parameter der Umgebungsluft positiv beeinflußt werden. Eine Schädigung der im Brandbereich befindlichen Gegenstände bzw. Personen wird dadurch verringert oder zumindest erheblich verzögert.
Um die Wärmeübertragungsrate bzw. die Geschwindigkeit der Gaskühlung zu erhöhen, wird das Fluid als Sprühnebel mit einer großen Wärme- und Stoffaustauschfläche in den Gasstrom eingebracht. Auf diese Weise kann zum einen die Absaugvorrichtung als solche vor dem schädigenden Einfluß der abgesaugten Gase, insbesondere vor den hohen Rauchgastemperaturen, geschützt werden. Zum anderen sind aufgrund der geringeren Temperaturbelastung der Absaugvorrichtung geringere Anlagenkosten zu veranschlagen.
Wie zuvor erwähnt, erfolgt die Eindüsung vorzugsweise außerhalb der Wirbelhaube, und zwar am besten entgegen der in die Wirbelhaube gerichteten Ansaugströmung. Es ist auch denkbar, daß die Eindüsung quer zu der in die Wirbelhaube gerichteten Einsaugströmung erfolgt. Um eine besonders starke Verwirbelung des eingedüsten Fluides sicherzustellen, kann die Düse der Eindüseinrichtung auf der Außenseite der Wirbelhaube im Bereich der Absaugöffnung angeordnet sein. Denkbar ist jedoch auch, die Düse von außen im mittigen Bereich und/oder im Bereich der Stirnseiten der Wirbelhaube und/oder über geeignete Abstandshalter entgegen oder quer zu der Einsaugströmung anzuordnen.
Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, daß die eingedüste Flüssigkeit bzw. der Sprühnebel von der Einsaugströmung schnell abgebremst, umgelenkt und anschließend nahezu schlupffrei mitgeführt wird. Dabei kommt es zur schlagartigen Verdampfung zumindest eines Teils des eingedüsten Fluides, wobei die Wärmeübertragungsrate bzw. die Abkühlgeschwindigkeit des heißen Rauchgases stark ansteigt. Die wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Absaugvorrichtung resultieren also aus einem verbesserten Wärmeübergang zwischen dem eingedüsten Sprühnebel und dem abgesaugten heißen Rauchgas. Ein möglichst effizienter Wärmeübergang kann bei stark turbulenten Strömungen und hohen Temperaturdifferenzen erreicht werden. Letztlich wird durch die erfindungsgemäße Absaugvorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren sichergestellt, daß die heißen Rauchgase vor Eintritt in die Wirbelhaube in Bruchteilen einer Sekunde abgekühlt werden. Dies trägt im ganzen auch zur Leistungssteigerung des Entrauchungssystems bei.
Durch die Eindüsung eines Fluides in der Art eines Sprühnebels in die Umgebungsluft können die Lufttemperatur und die Partikelbeladung der Luft reguliert werden. Auch hier kommt es infolge der großen Wärme- und Stoffaustauschflächen des Sprühnebels unmittelbar zu einer raschen Abkühlung bzw. Partikelbindung der Umgebungsluft. Zusammen mit den Partikeln können gleichzeitig andere Schadgaskomponenten durch den Sprühnebel gebunden werden, wobei als Fluid beispielsweise ein Absorptionsmittel eingesetzt werden kann. Bei den durch Absorption an das Absorptionsmittel gebundenen Schadgaskompontenten kann es sich beispielsweise um Kohlenmonoxid, Stickoxide, Schwefel- oder saure Gasbestandteile handeln. Letztlich trägt die Eindüsung eines Fluides in die Umgebungsluft dazu bei, daß die Luftqualität im Bereich der Absaugvorrichtung im ganzen verbessert wird. Personen, die sich im Bereich der Absaugvorrichtung aufhalten, werden durch dichte Rauchschwaden nicht länger in ihrer Orientierung behindert.
Das über die Düse der Eindüseinrichtung eingedüste Fluid sollte vorzugsweise einen mittleren Tropfendurchmesser von weniger als 100 µm, insbesondere von weniger als 10 µm aufweisen. Auch ein kleinerer Tropfendurchmesser ist möglich. Je kleiner der Durchmesser der eingedüsten Fluidtröpfchen ist, desto schneller werden die eingedüsten Fluidtröpfchen von der Einsaugströmung abgebremst, umgelenkt und anschließend nahezu schlupffrei mitgeführt. Gleichzeitig steigt mit sinkendem Tropfendurchmesser die Wärmeübertragungsrate, das heißt die Rauchgase werden schneller abgekühlt. Letztlich trägt ein geringerer Tropfendurchmesser dazu bei, daß der eingedüste Sprühnebel stärker verwirbelt wird, was sich wiederum positiv auf den Wärmeübergang auswirkt.
Wird die Absaugvorrichtung in einem Tunnel eingesetzt, so kann die Wirbelhaube der Absaugvorrichtung vorzugsweise unterhalb der Tunneldecke, insbesondere in Längsrichtung des Tunnels angeordnet werden. Darüber hinaus können mehrere Wirbelhauben vorgesehen sein, wobei die Wirbelhauben vorzugsweise in Längsrichtung des Tunnels gegenüberliegend bzw. nebeneinander angeordnet sind und wobei die Absaugöffnungen der Wirbelhauben voneinander abgewandt sind. Dadurch ist es beispielsweise möglich, eine der beiden gegenüberliegend angeordneten Wirbelhauben zur Luftzufuhr einzusetzen, während die andere der beiden Wirbelhauben zur Absaugung der Rauchgase oder der Schadgase dient. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn die Absaugvorrichtung in einem Tunnel angeordnet ist, der mehrere Fahrspuren aufweist, wobei die Absaugvorrichtung eine solche Breite haben sollte, daß sie sich quer zur Fahrtrichtung über mehrere Fahrbahnen erstreckt.
Kommt es zum Brand auf einer der beiden Fahrbahnen, kann bedarfsweise jeweils eine der nebeneinander angeordneten Wirbelhauben zur Absaugung bzw. zur Zuluftzuführung vorgesehen werden.
Selbstverständlich ist es erfindungsgemäß auch denkbar, daß wenigstens eine weitere Düseneinrichtung mit wenigstens einer weiteren Düse vorgesehen ist, wobei die weitere Düse innerhalb der Wirbelhaube der Absaugvorrichtung angeordnet ist. Dadurch können die Vorteile der erfindungsgemäßen Absaugvorrichtung mit den Vorteilen kombiniert werden, die sich aus der Anordnung der Düse innerhalb der Wirbelhaube und der Eindüsung des Fluids in das abgesaugten Gastrom nach Eintritt in die Absaugvorrichtung ergeben.
Grundsätzlich ist es möglich, daß die Eindüsung eines Fluides nur im Brandfall oder bei Entstehen hochpartikelbeladener Abgase vorgesehen wird. Daüber hinaus kann es von Vorteil sein, die Eindüsung des Fluides in regelmäßigen Abständen bereits vorzusehen, so daß ein Brand gar nicht erst auftritt. Auch nach dem Brand kann bedarfsweise eine Eindüsung des Fluides notwendig sein, nämlich dann, wenn zu befürchten ist, daß der Brand erneut auflebt.
Je nach Art und Anwendungszweck ist es möglich, die erfindungsgemäße Absaugvorrichtung in unterschiedlicher Weise auszugestalten. So ist es grundsätzlich möglich, daß die Eindüseinrichtung lediglich eine einzige Düse aufweist, über die das Fluid in das abgesaugte Gas bzw. die Umgebungsluft eingedüst wird. Da Vorrichtungen der gattungsgemäßen Art aber in der Regel Gehäuse haben können, die mit einer Vielzahl von Strömungssenken eine erhebliche Länge erreichen, ist konstruktiv vorgesehen, daß die Eindüseinrichtung eine Mehrzahl von Düsen aufweist, so daß verfahrensgemäß das Fluid an einer Mehrzahl von Stellen eingedüst wird. Dabei kann vorgesehen sein, daß über die Länge des Gehäuses verteilt eine Mehrzahl von Düsen angeordnet sind, wobei auch an bestimmten Stellen über den Querschnitt des Gehäuses verteilt mehrere Düsen angeordnet sein können. Je nach Anwendungszweck muß es dabei nicht so sein, daß benachbarte Düsen auf einer gleichen Gehäuselängsachse liegen. Auch eine spiralige oder aber eine Zickzackanordnung ist möglich. Letztlich hängt die Anzahl und die Anordnung der Düsen von den jeweiligen Einsatzerfordernissen ab. Dabei gilt der Grundsatz, daß um so mehr Düsen bzw. Eindüsstellen erforderlich sind, je höher die Temperatur des Abgasstrom und/oder die Umgebungstemperatur bzw. je höher die Partikelbeladung ist.
Da sich selbst bei Eindüsung des Fluids mit einem sehr kleinen Tropfendurchmesser nicht vermeiden läßt, daß sich gegebenenfalls ein geringerer Teil der Tropfen an der Gehäusewandung der Wirbelhaube abscheidet, bietet es sich an, am Gehäuse wenigstens eine in Längsrichtung des Gehäuses verlaufende Sammel- und Ablaufrinne vorzusehen. Diese Rinne kann einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet sein. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, diese Rinne nachträglich, beispielsweise über ein entsprechendes Blech anzusetzen.
Zur Verbesserung der Dispersion des Fluids beim Eindüsen bietet es sich an, dem Fluid ein Dispersionsgas, jedenfalls unmittelbar vor dem Eindüsen, zuzugeben. Konstruktiv ist hierzu eine Steuer- oder Regeleinrichtung vorzusehen. Diese Steuer- oder Regeleinrichtung steuert aber nicht nur die Zugabe des Dispersionsgases, sondern sie dient auch dazu, das Fluid und/oder Dispersionsgas bedarfsweise zuzugeben. So ist es also möglich, über die Steuer- oder Regeleinrichtung nur das Fluid, nur das Dispersionsgas oder ein mit Dispersionsgas gemischtes Fluid in die Einsaugströmung einzudüsen. Die Eindüsung erfolgt dabei bedarfsgesteuert.
Von besonderem Vorteil ist es in diesem Zusammenhang, daß als Düsen Zweistoffdüsen verwendet werden, über die sowohl das Dispersionsgas als auch das Fluid eingedüst wird. Bei Verwendung von Zweistoffdüsen und durch einen kontinuierlichen Durchfluß des Dispersionsgases kann eine Verschmutzung der Düsenöffnung und damit ein Verschluß der Öffnung auch bei abgeschalteter Einspritzung des Fluids verhindert werden.
Die Zuführung des Fluids bzw. des Dispersionsgases erfolgt über entsprechende Zuleitungen, die grundsätzlich in das Gehäuse integriert oder an dieses angebaut werden können. Das Gehäuse der Wirbelhauben weist, wie dies im Stand der Technik üblich ist, in Längsrichtung eine Mehrzahl von miteinander verbindbaren Gehäuseabschnitten auf. Erfindungsgemäß weisen die einzelnen Gehäuseabschnitte dann Zuleitungsabschnitte auf, die endseitig mit abdichtenden Anschlüssen versehen sind, so daß die einzelnen Zuleitungsabschnitte abgedichtet miteinander verbunden werden können. Es versteht sich natürlich, daß es grundsätzlich auch möglich ist, entsprechende Zuleitungen nachträglich an das Gehäuse anzusetzen.
Wie zuvor ausgeführt worden ist, erfolgt die Eindüsung bedarfsgesteuert. Von besonderem Vorteil ist es in diesem Zusammenhang, daß zur Einstellung gewünschter Tropfenverteilung, Abgastemperaturen und/oder Haubentemperaturen und/oder Partikelbeladungen die Menge und/oder der Vordruck des Fluids gesteuert oder geregelt wird. Konstruktiv ist hierzu eine entsprechende Steuer- oder Regeleinrichtung vorgesehen, die vorzugsweise mit den Düsen gekoppelt ist, so daß bestimmte Düsendurchmesser einstellbar sind. Des weiteren ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, daß jede Düse oder aber Gruppen von Düsen über die Steuer- und Regeleinrichtung ansteuerbar sind. Auch die Menge an eingedüsten Fluid und/oder Gas sind steuer- bzw. regelbar.
Zur Messung der relevanten Werte im Zusammenhang mit der Steuerung bzw. Regelung sind entsprechende Sensoren vorgesehen, die zur Extinktions-, Feuchte- und/oder Temperaturmessung dienen.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Absaugen von Gasen, insbesondere von Rauchgasen aus einem Tunnel im Brandfall, mit wenigstens einer Absaugvorrichtung, wobei die Absaugvorrichtung vorzugsweise wenigstens zwei Wirbelhauben aufweist und wobei die Wirbelhauben nebeneinander angeordnet sind und sich in Längsrichtung erstrecken.
Um auf den Brandherd einzuwirken und den Schutz der im Brandbereich befindlichen Personen und Gegenstände weiter zu verbessern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Rauchgas im Brandfall durch die einem Brandherd zugeordnete Wirbelhaube abgesaugt wird, daß die dem Brandherd abgewandte Wirbelhaube Zuluft zuführt oder deaktiviert wird und daß während der Absaugung auf der Absaugseite der zuluftzuführenden oder deaktivierten Wirbelhaube ein Fluid insbesondere in Form eines Sprühnebels in die Zuluftströmung oder in die Umgebungsluft eingedüst wird.
Zuerst einmal ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Vorteil, daß die Brandleistung eines Brandherdes im Bereich der Absaugvorrichtung deutlich gemindert werden kann. Durch die Eindüsung auf der Zuluftseite wird der Tunnelbereich um den Brandherd komplett mit feinstem Wassertröpfchen vernebelt. Diese vernebelte Luft wird in der Verbrennungsreaktion umgesetzt, wobei die Wassertröpfchen die Verbrennungstemperaturen am Brandherd deutlich senken. Infolge dessen nimmt die Brandleistung und der Rauchgasvolumenstrom ab. Vorzugsweise wird die auf der Zulufiseite gelegene Eindüsung weiter betrieben, während die auf der Absaugseite gelegene Eindüsung nicht zwingend notwendig ist. Unterstützend dazu kann selbstverständlich die auf der Absaugseite gelegene Eindüsung eines Fluides in die Einsaugströmung weiter betrieben werden. Durch die Einsaugströmung auf der Abluftseite des Tunnels, also unterhalb des Brandes, und die Zuluftzufuhr auf der Zuluftseite entsteht eine zirkulierende Strömung, welche die auf der Zuluftseite eingedüsten Fluidtröpfchen bzw. den Sprühnebel direkt zum Brandherd befördert. Die daraus resultierenden geringeren Rauchgastemperaturen und reduzierte Brandleistungen erlauben die Minderung der notwendigen Entrauchungsleistung der Absaugvorrichtung. Der Schutz der im Brandbereich angeordneten Gegenstände bzw. der im Brandbereich befindlichen Personen, aber auch der Schutz der Absaugvorrichtung und des Bauwerks als solchem wird dadurch deutlich verbessert. An dieser Stelle darf daraufhingewiesen werden, daß unter einer "Eindüseinrichtung" auch eine Sprinkleranlage oder dergleichen verstanden wird.
Vorzugsweise werden gegenüberliegende Wirbelhaubensegmente nach dem zuvor beschriebenen Verfahren nur an den Stellen betrieben, an denen ein Brandherd vorliegt. Nach dem Ende des Brandes bzw. nach Absaugen der Rauchgase können die Wirbelhauben deaktiviert werden und/oder Zuluft zuführen. Eine weitere Betriebsmöglichkeit besteht darin, daß nach einem Brandfall, nämlich nach Absaugen des Rauchgases, auf beiden Tunnelseiten ein Fluid eingedüst wird. Zu einem späteren Zeitpunkt können beide Wirbelhauben auch wieder im Absaugbetrieb eingesetzt werden. Bei beidseitiger Eindüsung eines Fluides in die Umgebungsluft kommt es zu einer nahezu vollständigen Benebelung des Bereichs unterhalb der Absaugvorrichtung bzw. des gesamten Tunnels oder dergleichen.
Darüber hinaus ist es möglich, durch die Ausbildung einer in Richtung auf den Brandherd gerichteten Sekundärströmung die Rauch- und Nebelausbreitung auf den Brandherd zu beschränken. Dabei muß jedoch sichergestellt sein, daß in Folge der Sekundärströmung der Brand nicht erneut auflebt bzw. mit brandförderndem Sauerstoff versorgt wird.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Absaugvorrichtung,
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Teils der erfindungsgemäßen Absaugvorrichtung mit Fluid-Eindüsung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Eindüsung eines Fluides in Form eines Sprühnebels entgegen der Einsaugströmung einer Wirbelhaube,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer in einem Tunnel angeordneten Absaugvorrichtung mit zwei gegenüberliegenden Wirbelhauben zur beidseitigen Entrauchung im Brandfall und
Fig. 5 eine schematische Darstellung der Absaugvorrichtung aus Fig. 4 für eine einseitige Entrauchung mit Einnebelung des Brandherdes im Brandfall.
Dargestellt ist in Fig. 1 eine Absaugvorrichtung 1 für einen Tunnel 2, insbesondere für einen Autotunnel. Es versteht sich, daß der Begriff Tunnel sehr weit zu verstehen ist, also auch Flure und ähnliche tunnelartige Bauten umfaßt. Die Absaugvorrichtung 1 weist einen Kanal 3 auf, der von einer oberen Begrenzung und einer unteren Begrenzung begrenzt ist. Desweiteren weist die Absaugvorrichtung 1 zwei Wirbelhauben 4, 5 auf.
Vorgesehen ist nun, daß die Wirbelhauben 4, 5 zwischen der oberen Begrenzung und der unteren Begrenzung angeordnet sind und daß der Kanal 3 seitlich von je einer Wirbelhaube 4, 5, d. h. von der Wandung des Gehäuses der jeweiligen Wirbelhaube 4, 5 begrenzt wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist es dabei so, daß die Wirbelhauben 4, 5 auf der unteren Begrenzung angeordnet sind. Die untere Begrenzung selbst ist als untere im wesentlichen ebene Kanalplatte 6 und einstückig mit den Wirbelhauben 4, 5 ausgebildet. Die obere Begrenzung der Vorrichtung 1 wird durch eine obere Kanalplatte 7 gebildet, die ebenfalls einstückig mit den Wirbelhauben 5, 6 ausgebildet ist. Die Vorrichtung 1 weist eine Vielzahl derartiger Baueinheiten auf, bei denen es sich um einzelne Segmente handelt, die an die Länge des Tunnels 2 angepaßt aneinander gereiht werden können. Die obere Begrenzung kann auch von der Tunneldecke gebildet werden.
Jede der Wirbelhauben 4, 5 weist eine Mehrzahl von Absaugrohren 8 auf, die aus der jeweiligen Wirbelhaube 4, 5 unmittelbar in den Kanal 3 hineinragen. Wird über den Kanal 3 abgesaugt, bilden sich zwischen benachbarten Absaugrohren 8 Wirbel mit einer hohen Umfangsgeschwindigkeit aus, die zu einem hohen dynamischen und damit geringen statischen Druck im Bereich der jeweiligen Wirbelhaube 4, 5 führen, so daß Abgase dementsprechend abgesaugt werden können.
Der Kanal 3 weist eine mittige Trennwand 9 auf, durch die der Kanal 3 in zwei Teilkanäle 10, 11 aufgeteilt ist. Dabei ist der Teilkanal 10 der Wirbelhaube 4 zugeordnet, während der Teilkanal 11 der Wirbelhaube 5 zugeordnet ist. Die Aufteilung des Kanals 3 in die Teilkanäle 10, 11 ermöglicht es, über einen Teilkanal Zuluft zuzuführen und über den anderen Teilkanal Abluft abzuführen.
Darüber hinaus ist eine Verschlußeinrichtung 12 zum bedarfsweisen Verschließen und Öffnen der Öffnungen der Absaugrohre 8 vorgesehen. Die Verschlußeinrichtung 12 weist im einzelnen in den Fig. 1 und 2 nicht dargestellte Verschlußelemente, beispielsweise in Form von Klappen auf, die vorliegend über ein Verbindungsgestänge 13 miteinander verbunden sind. Das Verbindungsgestänge 13 dient zur gemeinsamen Betätigung einer Mehrzahl von Verschlußelementen.
In der Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Erfassen und Absaugen von Luft oder anderen Gasen dargestellt. Die Absaugvorrichtung 1 weist ebenfalls zwei Wirbelhauben auf, die wiederum jeweils ein Gehäuse 14 haben, das während des Betriebes der Vorrichtung 1 eine sich innerhalb des Gehäuses 14 ausbildende Wirbelströmung zumindest teilweise umschließt. Das Gehäuse 14 weist eine langgestreckte Form auf, wobei das Gehäuse 14 zum Erfassen bzw. Absaugen eine in axialer Richtung verlaufende Absaugöffnung 15 aufweist. Das Gehäuse 14 selbst hat eine im wesentlichen zylindrische Form, wobei sich der Querschnitt an einer Seite verengt. Statt dessen kann das Gehäuse auch spiralförmig oder in Art eines Schneckenganges ausgebildet sein. In das Gehäuse 14 münden eine Mehrzahl von Absaugrohren 8, die auf der anderen Seite in den Kanal 3 hineinragen. Die einzelnen Absaugrohre 8 sind über den Kanal 3 bzw. den Teilkanal 10 mit einer Absaugeinrichtung 16 verbunden.
Der Vorrichtung 1 ist erfindungsgemäß eine Eindüseinrichtung 17 zum Eindüsen eines Fluids an der Außenseite des Gehäuse 14 zugeordnet, wobei das Fluid in den abgesaugten bzw. zugeführten Gasstrom außerhalb der Wirbelhaube bzw. in die Umgebungsluft eingedüst wird. Obwohl es grundsätzlich möglich ist, daß die Eindüseinrichtung 17 lediglich eine einzige Düse 18 aufweist, sind in allen dargestellten Ausführungsbeispielen eine Mehrzahl von Düsen 18 vorgesehen. Aus Fig. 2 ergibt sich, daß über die Länge des Gehäuses 14 verteilt eine Mehrzahl von Düsen 18 vorgesehen sind. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die einzelnen Düsen 18 an anderer Stelle am Gehäuse 14 anzuordnen, beispielsweise im Bereich der Stirnseiten 19, 20 des Gehäuses 14 oder aber im Bereich der Absaugrohre 8.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist weiterhin eine Steuer- oder Regeleinrichtung 21 vorgesehen, durch die bedarfsweise Fluid oder aber auch ein Dispersionsgas zugeführt werden kann. Über die Einrichtung 21 ist es also möglich, entweder nur Fluid, nur Dispersionsgas oder aber mit Gas dispergiertes Fluid einzudüsen. Hierzu sind die Düsen 18 bevorzugt als Zweistoffdüsen ausgebildet. Diese Düsen 18 zeichnen sich dadurch aus, daß das Fluid und das Gas getrennt zugeführt und dann in der Düse vermischt werden. Anschließend tritt das mit Gas dispergierte Fluid über eine gemeinsame Düsenöffnung aus. Zur Steuerung bzw. Regelung ist die Einrichtung 21 mit den Fördereinrichtungen 22 für das Fluid und 23 für das Dispersionsgas gekoppelt. Auf diese Weise läßt sich der Durchfluß und damit die eingedüste Menge an Fluid und/oder Dispersionsgas steuern bzw. regeln. Weiterhin ist die Steuer- oder Regeleinrichtung 21 zur Steuerung oder Regelung der gewünschten Tropfenverteilungen, der Abgastemperaturen und/oder der Gehäusetemperaturen vorgesehen. Im übrigen versteht es sich, daß die Eindüseinrichtung 17 neben den Fördereinrichtungen 22, 23 für das Fluid bzw. das Dispersionsgas entsprechende Zuleitungen 24, 25 aufweist, über die das Fluid bzw. das Gas den Düsen 18 zugeführt wird. Die Zuleitungen 24, 25 können in das Gehäuse 14 integriert oder aber auch nachträglich angebaut sein.
In der Fig. 3 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Ausschnitts aus einer erfindungsgemäßen Absaugvorrichtung 1 dargestellt. Gemäß der Fig. 3 weist die Absaugvorrichtung 1 wenigstens eine Wirbelhaube 4 und wenigstens eine wenigstens eine Düse 18 aufweisende Eindüseinrichtung 17 auf. Im vorliegenden Fall ist die Düse 18 der Eindüseinrichtung 17 auf der Außenseite 31 der Wirbelhaube 4 im Bereich der Absaugöffnung 15 angeordnet. Vorzugsweise ist die Austrittsöffnung der Düse 18 entgegen oder quer zu der in die Wirbelhaube 4 gerichteten mit Strömungspfeilen versehenen Einsaugströmung 33 gerichtet. Die Einsaugströmung 33 wird nach Passieren der Absaugöffnung 15 im Inneren der Wirbelhaube 4 umgelenkt, so daß sich eine Wirbelströmung 34 einstellt. Die Wirbelströmung 34 bildet sich dabei zwischen zwei benachbarten Absaugrohren 8 der Wirbelhaube 4 aus, wobei in Fig. 3 nur ein Absaugrohr 8 dargestellt ist. Gemäß der Fig. 1 ist die Absaugvorrichtung 1 beispielsweise unter einer Tunneldecke 35 angeordnet, wobei die Wirbelhaube 4 nach unten durch eine untere Begrenzung 6 begrenzt ist.
Die Eindüsung des Fluides erfolgt außerhalb der Wirbelhaube 4 entgegen der Einsaugströmung 33 bzw. -richtung in Form eines Sprühnebels. Die eingedüsten Flüssigkeitströpfchen werden von der Einsaugströmung 33 schnell abgebremst, umgelenkt und anschließend nahezu schlupffrei mitgeführt. Durch die Eindüsung der Flüssigkeitströpfchen entgegen oder quer zur Einsaugströmung 33 kommt es im Eindüsbereich zur Ausbildung eines Sprühnebels 32 mit turbulentem Strömungsprofil. Die Turbulenzen tragen dazu bei, daß der Wärmeübergang zwischen der Einsaugströmung 33, bei der es sich beispielsweise um heiße Rauchgase oder partikelbeladene Rauchgase handeln kann, und dem Sprühnebel 32 sehr schnell abläuft, wobei ein großer Teil der auf den Sprühnebel 32 übertragenden Wärme zur Verdampfung des Fluides führt. Die von der Einsaugströmung 33 angesaugten Rauchgase werden dadurch schlagartig abgekühlt. Gleichzeitig werden die im Rauchgas enthaltenden Partikel gebunden. Die Abkühlung der Rauchgase führt zu einer Volumenverminderung des abgesaugten Gasstroms, so daß die zur Absaugung benötigte Leistung der Absaugvorrichtung 1 letztlich sinkt. Dies wirkt sich positiv auf die Höhe der Investitions- und Betriebskosten der Absaugvorrichtung 1 aus. Darüber hinaus werden die Rauchgase im Bereich unterhalb der Absaugvorrichtung 1 abgekühlt, wodurch Schäden an den unterhalb der Absaugvorrichtung 1 angeordneten Gegenständen bzw. an der Absaugvorrichtung 1 verringert bzw. verzögert werden können. Zudem werden Personen, die sich im Tunnel 2 aufhalten, geschützt.
In der Fig. 4 ist ein möglicher Betriebszustand der erfindungsgemäßen Absaugvorrichtung 1 beispielhaft dargestellt. Die Absaugvorrichtung 1 weist gemäß der Fig. 4 wenigstens zwei Wirbelhauben 4, 5 in zwei von einander getrennten Kanälen 10, 11. In regelmäßigen Abständen sind Absaugrohre 8 vorgesehen, wobei jeweils nur ein Absaugrohr 8 einer Wirbelhaube 4, 5 dargestellt ist.
Die beiden Wirbelhauben 4, 5 der Absaugvorrichtung 1 sind zwei unterschiedlichen Tunnelbereichen zugeordnet. Kommt es infolge eines Brandes, beispielsweise infolge eines brennenden Kraftfahrzeugs 37 zur Ausbildung eines Brandherdes 36 unterhalb der Wirbelhauben 4, so können vorzugsweise beide Wirbelhauben 4, 5 zur Absaugung der freigesetzten Rauchgase dienen. Durch die Eindüsung eines Fluides über die Eindüseinrichtung 17 werden die Rauchgase in der zuvor beschriebenen Weise abgekühlt.
In der Fig. 5 ist eine alternative Betriebsweise der erfindungsgemäßen Absaugvorrichtung 1 bei deren Anordnung in einem Tunnel 2 dargestellt. Die Konfiguration der Absaugvorrichtung 1 und der Anordnung der Eindüseinrichtung 17 entsprechen der in Fig. 3 dargestellten Konfiguration. In Abweichung zu der in der Fig. 4 dargestellten Betriebsweise ist es gemäß der Fig. 5 vorgesehen, daß die Absaugung der Rauchgase lediglich auf der dem Brandherd 36 zugewandten Seite der Absaugvorrichtung 1 mittels der diesen Bereich zugeordneten Wirbelhaube 5 erfolgt. Die dem Brandherd 36 abgewandte Wirbelhaube 4 führt entweder Zuluft in den Tunnel 1 oder ist komplett deaktiviert. Vorgesehen ist nun, daß die Eindüsung eines Fluides durch die Eindüseinrichtung 17 auf der dem Brandherd 36 abgewandten Seite der Absaugvorrichtung 1 weiter betrieben wird. Dabei ist es so, daß die Düse 18 der Eindüseinrichtung 17 auf der dem Brandherd 36 abgewandten Seite der Absaugvorrichtung 1 in Richtung der dem Tunnel 2 zugeführten Luftströmung gerichtet ist. Das in die Zuluftströmung eingedüste Fluid führt dazu, daß sich ein Bereich 38 mit vernebelter Luft ausbildet.
Infolge der unterschiedlichen Strömungsrichtungen der beiden Wirbelhauben 4, 5 stellt sich eine Zirkulationsströmung in dem Tunnel 2 ein, die von der dem Brandherd 36 abgewandten Seite der Absaugvorrichtung 1 in Richtung auf die dem Brandherd 36 zugewandten Seite der Absaugvorrichtung 1 gerichtet ist. Infolge dessen wird der Bereich 38 mit vernebelter Luft in Richtung des Brandherdes 36 transportiert, wobei der Brandherd 36 mit Wassertröpfchen vernebelt wird. Die vernebelte Luft wird bei der Verbrennungsreaktion im Brandherd 36 zum Teil verbraucht, wobei die Wassertröpfchen die Temperaturen im und um den Brandherd 36 herum reduzieren. Dadurch sinkt die Brandleistung und somit auch der Rauchgasvolumenstrom.
Nicht dargestellt ist im übrigen, daß die Wirbelhaubensegmente 4, 5 der Absaugvorrichtung 1 vorzugsweise nur in den Bereichen aktiviert werden, in denen ein Brandherd 36 besteht. Dadurch kann sichergestellt werden, daß sich der Bereich 38 mit vernebelter Luft nicht über den gesamten Tunnel 2 ausbreitet, sondern lediglich im Bereich des Brandherdes 36. Darüber hinaus ist es möglich, daß das zuvor beschriebene Verfahren Anwendung auch bei Absaugvorrichtungen findet, bei denen an Stelle einer Wirbelhaube 4, 5 ein anderes Absaugelement vorgesehen ist.
Eine weitere, nicht im einzelnen dargestellte Betriebsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Absaugvorrichtung 1 besteht darin, daß nach der Absaugung des Rauchgases auf beiden Seiten der Absaugvorrichtung 1 eine Eindüsung des Fluides in den Tunnel 2 vorgesehen wird. Dadurch kann eine weitgehend vollständige Benebelung des Tunnels 2 erreicht werden. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn zu befürchten ist, daß der Brandherd 36 nach dem Erlöschen erneut auflebt oder weitere Brandherde an anderen Stellen entstehen können.

Claims

1. Absaugvorrichtung (1), vorzugsweise für einen Tunnel (2), insbesondere für einen Autotunnel, mit wenigstens einer Wirbelhaube (4, 5), dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine wenigstens eine Düse (18) aufweisende Eindüseinrichtung (17) vorgesehen ist und die Düse (18) der Eindüseinrichtung (17) außerhalb der Wirbelhaube (4, 5), vorzugsweise auf der Außenseite (31) der Wirbelhaube (4, 5) angeordnet und zur Erzeugung eines Sprühnebels (32) ausgebildet ist.

2. Absaugvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung der Düse (18) entgegen oder quer zu der in die Wirbelhaube (4, 5) gerichteten Einsaugströmung (33) ausgerichtet ist.

3. Absaugvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (18) zur Eindüsung von Fluidtröpfchen ausgebildet ist und daß, vorzugsweise, der mittlere Topfendurchmesser < 100 µm, insbesondere < 10 µm ist.

4. Absaugvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelhaube (4, 5) unterhalb der Tunneldecke (35), vorzugsweise in Längsrichtung des Tunnels (2) angeordnet ist.

5. Absaugvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Wirbelhauben (4, 5) vorgesehen sind, wobei die Wirbelhauben (4, 5) sich vorzugsweise in Längsrichtung des Tunnels (2) erstrecken und nebeneinander angeordnet sind und wobei die Absaugöffnungen (15) der Wirbelhauben (4, 5) voneinander abgewandt sind.

6. Absaugvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Wirbelhauben (4, 5) in wenigstens einem vorzugsweise eine obere Begrenzung und eine untere Begrenzung aufweisenden Kanal (3) zwischen der oberen und der unteren Begrenzung angeordnet sind und daß der Kanal (3) vorzugsweise von je einer Wirbelhaube (4, 5) begrenzt ist.

7. Absaugvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine weitere Düseneinrichtung mit wenigstens einer weiteren Düse (18) vorgesehen ist und daß die weitere Düse (18) innerhalb der Wirbelhaube (4, 5) angeordnet ist.

8. Absaugvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindüseinrichtung (17) eine Mehrzahl von Düsen (18) aufweist und/oder daß über die Länge der Wirbelhaube (4, 5) von außen verteilt eine Mehrzahl von Düsen (18) angeordnet sind und/oder daß über den Querschnitt der Wirbelhaube (4, 5) verteilt eine Mehrzahl von Düsen (18) von außen angeordnet sind.

9. Absaugvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Düse (18) von außen im mittigen Bereich und/oder im Bereich der Stirnseiten (19, 20) der Wirbelhaube (4, 5) und/oder der Absaugöffnungen (15) vorgesehen ist.

10. Absaugvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am oder im Gehäuse (14) der Wirbelhaube (4, 5) wenigstens eine in Längsrichtung des Gehäuses (14) verlaufende Sammel- und Ablaufrinne vorgesehen ist.

11. Absaugvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (21) zur bedarfweisen Zuführung des Fluids und/oder eines Dispersionsgases für das Fluid vorgesehen ist.

12. Absaugvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Düsen (18) Zweistoffdüsen zur Zuführung des Dispersionsgases zum Fluid vorgesehen sind.

13. Absaugvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mengendurchfluß des Fluids und/oder des Dispersionsgases einstellbar ist.

14. Absaugvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Steuer- oder Regeleinrichtung zur Steuerung oder Regelung gewünschter Tropfenverteilungen, Abgastemperaturen und/oder Gehäusetemperaturen vorgesehen ist.

15. Absaugvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Steuer- oder Regeleinrichtung mit den Düsen (18) gekoppelt ist und daß, vorzugsweise, jede Düse (18) oder Gruppen von Düsen (18) über die weitere Steuer- und Regeleinrichtung ansteuerbar sind.

16. Absaugvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Steuer- oder Regeleinrichtung mit Sensoren zur Extinktionsmessung, Feuchtemessung und/oder Temperaturmessung gekoppelt ist.

17. Verfahren zur Absaugung von Gasen mittels wenigstens einer Absaugvorrichtung (1), vorzugsweise einer Absaugvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere zur Absaugung von Rauchgasen aus einem Tunnel (2), dadurch gekennzeichnet, daß in das abzusaugende Gas und/oder in die Umgebungsluft ein Fluid insbesondere unmittelbar vor der Wirbelhaube (4, 5) in der Art eines Sprühnebels (32) eingedüst wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid entgegen oder quer zur Richtung der Einsaugströmung (33) des Gases eingedüst wird.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß nur im Brandfall das Fluid eingedüst wird.

20. Verfahren zum Absaugen von Gasen, insbesondere von Rauchgasen aus einem Tunnel (2) im Brandfall, mit wenigstens einer Absaugvorrichtung (1) vorzugsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 16, wobei die Absaugvorrichtung (1) vorzugsweise wenigstens zwei Wirbelhauben (4, 5) aufweist und wobei die Wirbelhauben (4, 5) nebeneinander angeordnet sind und sich in Längsrichtung erstrecken, vorzugsweise nach einem der Verfahrensansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauchgas im Brandfall durch die einem Brandherd (36) zugeordnete Wirbelhaube (4, 5) abgesaugt wird, daß die dem Brandherd (36) abgewandte Wirbelhaube (5, 4) Zuluft zuführt oder deaktiviert wird und daß während der Absaugung auf der Absaugseite der zuluftzuführenden oder deaktivierten Wirbelhaube (5, 4) ein Fluid in Form eines Sprühnebels in die Zuluftströmung und/oder in die Umgebungsluft eingedüst wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß im Brandfall von der absaugenden Wirbelhaube (4, 5) ein Fluid eingedüst wird.

22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 20 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Absaugen des Rauchgases beide Wirbelhauben (4, 5) deaktiviert werden und/oder Zuluft zuführen und/oder daß insbesondere nach Deaktivieren der Wirbelhauben (4, 5) auf beiden Absaugseiten ein Fluid eingedüst wird.

23 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß im Nicht-Brandfall über beide Wirbelhauben (4, 5) Gas abgesaugt wird.

24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine weitere Einrichtung zur Luftzufuhr vorgesehen wird.