DE2823008C2 - Einrichtung zum Abführen großer Luftmengen aus bodennahen Luftschichten in große, oberhalb der Inversionsschicht liegende Höhen - Google Patents

Description

a) das Gehäuse der Membranpumpe von einer ringförmig zylindrischen Umfangswand (14) sowie mindestens einer kegelstumpfförmigen, die Ansaugvemile (19) enthaltenden Wand (18) und

b) der Lufiabzugsschacht von übereinander angeordnetes ringförmigen Segmenten aus Kunststoff-Folie unterschiedlichen Durchmessers gebildet ist,

c) wobei am oberen Ende des Luftabzugsschachtes (3) ein sich mindestens annähernd über den Schachtquerschnitt erstreckender, Kanäle enthaltender Einbau (9) zur Umlenkung des aufsteigenden Luftstromes in eine schraubenförmige Bewegung angeordne» ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dab das Gehäuse der Membranpumpe beidseitig kegelstumpfiörmigt Wände (28, 29) aufweist, wobei die Ansaur;ventile (30) in den kegelstumpfförmigen Wänden (28,29} .nd die Auslaßventile (31) in den zylindrischen Umfangswänden (14) angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Staudüsenventile ein Querschnittsverhältnis der Einlaßöffnung (F \, FV) zur Auslaßöffnung (F2, FT) zwischen 2:1 und 3.5 : 1 aufweisen.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Staudüsenventile einen je nach Richtung des Druckgefälles in die Offenlage bzw. Schließlage bewegten Körper (35, 38, 42) enthalten.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmentgruppen (4, 5, 6, 7, 8) des Luftabzugsschachtes (3) unter Bildung ringförmiger Spalte gegenseitig versetzt angeordnet sind.

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abführen großer Luftmengen aus bodennahen Luftschichten in große, oberhalb der Inversionsschicht liegende Höhen mittels Luftförderelementen, die von einer mit Staudüsenventilen versehenen Membranpumpe gebildet sind, wobei die geförderte Luft mittels eines flexiblen, an Fesselballons aufgehängten Luftabzugsschachtes in die große Höhe geleitet wird.

Für die Förderung von flüssigen und gasförmigen Medien werden üblicherweise Kolben-, Turbo- und Schraubenmaschinen verwendet. Es sind aus der DE-PS 53 673 zur Förderung von Gasen und Flüssigkeiten auch elektromagnetische Membranpumpen mit ventilloscn Düsen mit in beiden Ströniiingsrichtungen unterschiedlichem Strömungswiderstand bekannt, die jedoch nach den Angaben des Verfassers dieser Patentschrift selbst nur einen sehr geringen volumetrischen Wirkungsgrad besitzen und zur Förderung — insbesondere bezogen auf ihr Gewicht und ihr Volumen — großer Mengen nicht geeignet sind. Die jeweilige Auswahl und Bauart dieser Maschinen hängt von der Art, der Menge und dem vorgegebenen oder zu erreichenden Druck des Mediums ab.

Die auftretenden Förderprobleme konnten bisher beherrscht werden, obwohl es sich teilweise schon um Volumenleistungen bis zu 500 000 mVh und mehr gehandelt hat Schwierigkeiten ergeben sich jedoch dann, wenn es sich um Förderleistungen von mehr als 1 000 000 mVh handelt, die erwartet werden müssen, wenn eine künstliche Belüftung der Atmosphäre erforderlich wird. Eine derart kurzfristige Belüftung einer ganzen Region etwa kann erforderlich oder sinnvoll werden im Falle des Auftretens einer Störung in einem Kernreaktor oder einer chemischen Anlage mit unkontrollierter Emission radioaktiver oder anderweitig physiologisch schädlicher Stoffe in die Atmosphäre, in welchem Falle ein vollständiger Luftaustausch durch Transport der gesamten verseuchten Atmosphäre in große, über der Inversionsschicht gelegene Höhen erforderlich bzw. zweckmäßig werden kann.

Es ist aus der DE-FS 16 04 261 ein Gebäude für den Betrieb von Elektrolysewannen bekanntgeworden, bei dem durch Trennwände unter dem höheren Teil des Daches zu beiden Seiten des Dachfirstes ein sich in Längsrichtung des Gebäudes erstreckender Abzugskanal gebildet und im Anschluß hieran ein Kamin angeordnet ist, über den die im Abzugskanal gesammelten Abgase nach außen abgeführt werden. Es handelt sich hierbei um eine stationäre Abzugseinrichtung mit einer vergleichsweise geringen Förderleistung, wobei die Luft nur in eine geringe Höhe transportiert werden muß und als weiteres Hilfsmittel der von einer Betriebsanlage hervorgerufene konvektive AuftrieD zur Verfügung steht.

Es ist schließlich aus der GB-PS 9 580/1914 eine Einrichtung zum Transport fester, Ionen abgebender Materialien in große Höhen bekanntgeworden, die im wesentlichen aus einem Transportrahmen besteht, der an einer Zahl von Fesselballons befestigt ist und mit diesem auf die erforderliche Höhe transportiert wird. Für den Transport gasförmiger Medien ist diese Einrichtung völlig unbrauchbar.

Das Problem bei dem Transport großer Luftmengen in große Höhen für den angegebenen Zweck besteht weniger in der Zurverfügungsstellung der erforderlichen Förderleistung als solcher als vielmehr darin, diese Förderleistung mit einer einen nur möglichst geringen Raumbedarf und ein geringes Gewicht aufweisenden Einrichtung zu erbringen, um einen einfachen Transport der Einrichtung selbst, einen leichten Aufbau zu ermöglichen. Hinzu kommt, daß bei Installationen in großer Höhe mit ungünstigen Witterungs- insbesondere Windverhältnissen gerechnet werden muß, die den Einsatz einer derartigen Einrichtung erheblich erschweren können. Die bekannten Einrichtungen zur Abführung von Luft aus Gebäuden genügen diesen Anforderungen nicht.

Der vorliegenden Erfindung liegt als Ziel die Schaffung einer Einrichtung der eingangs beschriebenen Art zugrunde, die die Erzeugung einer zum Transport großer Luftmengen aus bodennahen Schichten in große, über der Inversionsschicht gelegene Höhenströmung ermöglicht ur..l die bei geringem Raumbedarf und ge-

ringem Gewicht einen einfachen Transport und einen einfachen Aufbau erlaubt. Die Erfindung besteht darin, daß das Gehäuse der Membranpumpe von einer ringförmig zylindrischen Umfangswand sowie einer kegelstumpfförmigen, die Ansaugventile enthaltenden Wand und der Luftabzugsschacht von übereinander angeordneten ringförmigen Segmenien aus Kunststoff-Folie unterschiedlichen Durchmessers gebildet ist, wobei am oberen Ende des Luftabzugsschachtes ein sich mindestens annähernd über den Schachtquerschnitt erstrekkender, Kanäle enthaltender Einbau zur Umlenkung des aufsteigenden Luftstromes in eine schraubenförmig drehende Bewegung angeordnet ist.

Durch die Erfindung ist eine Einrichtung geschaffen, mit deren Hilfe große Luftmengen aus bodennahen is Schichten in große, über der Inversionsschicht gelegene Höhen transportiert werden können und die bei geringem Raumbedarf und geringem Gewicht einen einfachen Transport und einen einfachen Aufbau erlaubt. Hierbei wird einerseits durch die besondere Gestaltung der Membranpumpen eine raumsparende Zusammenfassung einer Vielzahl Pumpen zu einem nur einen — bezogen auf die Förderleistung — geringen Raum in Anspruch nehmenden Verbund, andererseits durch die Verwendung von Staudüsenventilen in den Membranpumpen ein geringes Gewicht der Pumpe und damit des Gesamtverbundes und schließlich durch die Gestaltung des Luftabzugschachtes aus Gruppen von ringförmigen Segmenten unterschiedlichen Durchmessers aus Kunststoff-Folie ein geringes, durch einen Fesselballon transportierbaren Gewicht bei geringer Witterungs-, insbesondere Windanfälligkeit des Abzugschachtes erreicht, wobei durch den unterschiedlichen Durchmesser der Segmente eine Druckerhöhung und Erhöhung der Leistung der Einrichtung erreicht und durch die Erteilung der schraubenförmigen Bewegung das Durchstoßen der Inversionsschicht erleichtert wird.

Vorteilhaft ist das Gehäuse der Membranpumpe in Weiterbildung der Einrichtung der Erfindung von einer ringförmig zylindrischen Umfangswand und beidseitig trapezförmig ausgebildeten Wänden gebilde», wobei die Ansaugventile in den Trapezflächen und die Auslaßventile in den zylindrischen Umfangswänden angeordnet dient, die von jeweils einer mit Staudüsenventilen versehenen Membranpumpe gebildet sind. Der darüber befindliche Luftabzugsschacht 3 dient der Abführung der von dem Membranpumpensystem angesaugten Luft in große Höhen.

Es sind — siehe die F i g. 1 und 2 — das Gehäuse der Membranpumpe von einer ringförmig zylindrischen Umfangswand 14 sowie einer Anzahl von kegelstumpfförmigen, die Ansaugventile 19 enthaltenden Wänden 18 und der Luftabzugsschacht von übereinander angeordneten ringförmigen Segmenten aus Kunststoff-Folie unterschiedlichen Durchmessers gebildet, die in mehreren, jeweils einen Ring bildenden Gruppen 4, 5, 6, 7, 8 übereinander angeordnet sind, wobei am oberen Ende des Luftabzugsschachtes 3 ein sich mindestens annähernd über den Schachtquerschnitt ;rstreckender, Kanäle enthaltender Einbau 9 zur Umlenkung des aufsteigenden Luftstromes in eine schraubenförmige Bewegung im Sinne der Pfeillinie 10 angeordnet ist. Die Segmentgruppen 4,5,6,7, S des Luftabzugsschachtcs 3 sind unter Bildung einer ringförmigen Spalte gegenseitig versetzt angeordnet.

Die Membranpumpe weist einen Durchmesser von beispielsweise 1000 mm auf und ist auf der Oberseite von einer ringförmigen Abschlußwand 15 mit den Auslaßventilen 16 und der Membran 17 gebildet. Die an ihrem Umfang fest am Innenrand der ringförmigen oberen Abschlußwand 15 eingespannte Membrane 17 ist in der Mitte mit dem Anker 20 eines Elektromagneten verbunden, dessen zwei Spulen 21, 22 sich oberhalb bzw. unterhalb der Membrane befinden und ortsfest am bzw. im Gehäuse, d. h. der äußeren Abschlußwand 14 der Membranpumpe gelagert sind. Die Membranpumpe läßt sich mittels mehrerer über ihren Umfang verteilter Stützen 23 auf dem Erdboden 24 aufstellen, sofern nicht eine gemeinsame Abstützung eines ganzen Systems mehrerer derartiger Membranpumpan vorgesehen ist. Bei Betätigung der Membranpumpe mit einer Frequenz von vorzugsweise 10 Hz wirken die Ventile 19 nur als Eintrittsventile und die Ventile 16 nur als Auslaßventile.

Bei der in F i g. 3 wiedergegebenen Ausfütirungsform weist das Gehäuse der Membranpumpe beidseitig kegelstumpfförmige Wände 28, 29 auf, wobei die Ansaug

sind. Durch die Verwendung derart doppeltwirkender

Membranpumpen im übrigen gleichtr Ausbildung wird 45 ventile 30 in den kegelstumpfförmigen Wänden 28, 29

ohne wesentliche Erhöhung des Raumbedarfes und des und die Auslaßventile 31 in den zylindrischen Umfangs-

Gewichtes eine wesentliche Vergrößerung der Förder- wänden 14 angeordnet sind. Es wird auf diese Weise

leistung erreicht. Hierbei weisen die Staudüsenventile eine doppeltwirkende Membranpumpe V2 gebildet,

/weckmäßig ein Querscr.nittsverhältnis der Einlaßöff- wobei die Membrane 25 eine Trennwand zwischen den

nung zur Auslaßöffnung zwischen 2 :1 und 3,5 : 1 auf. 50 beiderseits gelegenen Pumpenräumen bildet. Das elek-

Sie können einen je nach Druckrichtung in die Offen- tromagnetische Antriebsaggregat 26 der Membrane ist

oder Schließlage bewegten Körper enthalten.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 eine Einrichtung gemäß Erfindung in einer schematischen Gesamtdarstellung,

F i g. 2 einen Axialschnitt durch eine einfachwirkende Membranpumpe,

F i g. 3 einen Axialschnitt durch eine doppeltwirkende Membranpumpe,

Fig. 4, 5 verschiedene Formen der Lufteintritts- und Luftaustrittsventile.

Fig. I der Zeichnung zeigt den Ansaugraum 1 einer erfindungsgemäßen Luftfördereinrichtung, die eine Grundfläche von beispielsweise 150 · 150 in sowie eine Höhe von 10 m aufweisei. kann. Darüber befindet sich ein Raum etwa gleicher Ausdehnung, der der Aufnahme von zu Aggregaten verbundenen Luftförderelementen den 3"cteren räumlichen Verhältnissen angepaßt, kann aber — wie bei der Ausführungsform nach F i g. 2 — ein beiderseitiges Auss:hwingen der Membrane aus der ebenen Ruhelage bis in die strichpunktiert angedeuteten Endlagen bewirken. Im übrigen ist die Membrane 25 auch hier an ihrem Umfang fest am Innenrand einer ringförmigen Gehäusewand 27 von etwa 1000 m Durchmesser eingespannt, an die sich nach oben und nach unten je eine kegelstumpfförmige Anschlußwfjid 28 bzw. 29 der beiden. Hohlräume anschließt, in diesen Abschlußwänden befinden sich verteilt angeordnete Eintrittsventile 30 und in der Gehäusewand 27 ringsum verteilt angeordnete Atistrittsventile 31.

Beide Ventilgruppen sind ihrer Funktion entsprechend wieder schematisch als Staudüsenventile dargestellt und angeordnet.

Die Staudüsenventile weisen ein Ouersehnittsverhält-

nis der Einlaßöffnung Fl. FV zur Auslaßöffriung F2, F2' zwischen 2 : I und 3.5 : 1 auf. wobei sie gegebenenfalls einen je nach Richtung des Druckgefäßes in die Offenlage bzw. Schließlage bewegten Körper 35, 38, 42 enthalten können.

Die F i g. 4 und 5 zeigen zwei Formen von Staudüsenventilen ohne bewegliche Bauteile, die sich für vergleichsweise geringere Luftdruckschwankungen, insbesondere bei schnellem Wechsel derselben eignen. Hierbei zeigt F i g. 4 ein Staudüsenventil 32 mit einer rechteckig abgesetzten Querschnittsverengung F\:F2, während F i g. 5 ein Staudüsenventil 33 mit einer kegelförmig, also allmählich verlaufenden Querschnittsverengung von F \ auf F2 erkennen laßt.

Die Leistung einer Membranpumpe gemäß Fig. 2 oder 3 läßt sich annähernd errechnen aus dem Volumen eines Membranhubes, das bei einem Durchmesser des Membrangehäuses 14 bzw. 27 von 1000 mm etwa 100 dm¹ beträgt, der Frequenz der Membranschwingung, die mit 10 Hz angenommen wird, sowie der Durchflußleistung der Einlaß- und Auslaßventile, die von ihrem Öffnungsquerschnitt und ihrer Stauwirkung abhängt. Setzt man danach die stündliche Leistung einer Membranpumpe aufgrund der vorstehend gemachten Angaben zu 100 (dm¹) · 10(Hz) · 3600 (see)

= 3600 m'/h an. so ergibt sich für ein aus 60 Pumpen gebildetes System eine Leistung von 216 00OmVh. Ein solches System nimmt aufgrund der kompakten Bauart und Anordnung der Membranpumpen im Sinne der F i g. 3 einen Raum von nicht mehr als 2 ■ 2 m Grundfläehe und 10 m Höhe ein. Auf einer angenommenen Grundfläche von 150 · 150 m könnten danach 5625 Einzelaggregate mit einer Gesamtleistung von 1 21 5 000 000 m Vh Luft untergebracht werden.

Zum möglichst schnellen Aufbau derartiger Großaniagen können vormontierte Einhüllen aus 30 oder 60 Membranpumpen vorgehalten werden, die als vormontierte Einheit transportierbar sind und die im Einsatzfall innerhalb kürzester Frist an den binsatzort transportiert und betriebsfertig montiert werden können. Hierbei weist die Einrichtung als wesentlichen Vorteil eine vergleichsweise ganz erhebliche Gewichtsersparnis in der Größenordnung 1 : 10 gegenüber bekannten Anordnungen von Luftabsaugmaschinen und zugehörigen Einrichtungen bekannter Art auf. Abgesehen davon. würden sich mi', solchen bekannten Maschinen und Einrichtungen noch andere Schwierigkeiten ergeben, wenn sie in einer derartigen Vielfalt angeordnet werden müßten, um auch nur annähernd eine Luftförderleistune in der vorstehend erwähnten Größenordnung zu erreichen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Abführen großer Luftmengen aus bodennahen Luftschichten in große, oberhalb der Inversionsschicht liegende Höhen mittels zu Aggregaten verbundenen Luftförderelementen, die von jeweils einer mit Staudüsenventiien versehenen Membranpumpe gebildet sind, wobei die geförderte Luft mittels eines flexiblen, an Fesselballons aufgehängten Luftabzugsschachtes in die große Höhe geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß