DE3022712C2 - Vorrichtung zur Entlüftung von Räumen und Schornsteinzügen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entlüftung von Räumen oder Schornsteinzügen.

Bei der Suche nach derartigen Entlüftungsvorrichtungen sind ver­ schiedene Lösungen vorgeschlagen worden: statische, deren Wirkung nur auf dem Unterdruck beruht, der durch Windzug durch die Vor­ richtung selbst hervorgerufen wird, sowie dynamische, bei denen der Unterdruck mittels einer Drehvorrichtung erzeugt wird, die von einer Energiequelle, die der Wind selbst oder eine äußere Energie­ quelle sein kann, angetrieben wird. Bei weiteren Lösungen schließ­ lich werden beide Systeme miteinander kombiniert.

Bei näherem Studium zeigt sich, daß die Leistung der statischen Vorrichtungen ausschließlich von der Form der vom Wind bestriche­ nen Elemente abhängt, die dazu bestimmt sind, den notwendigen Unterdruck in Höhe der Entlüftungsöffnung oder des Schornsteins hervorzurufen. Bei Untersuchungen erreichen die verschiedenen vor­ geschlagenen Formen das gewünschte Resultat mit unterschiedlichen Leistungen. Aber sie haben vor allen Dingen den Nachteil, bei schwachem Wind wenig oder gar nicht wirksam zu sein und umgekehrt manchmal Stauungen bei starken Windstößen hervorzurufen. Die dyna­ mischen Vorrichtungen haben natürlich den Nachteil, sofern sie vom Wind selbst angetrieben werden, bei Windstille nicht mehr wirksam zu sein. Bei starkem Wind dagegen haben sie den Nachteil, durchzu­ gehen. Wenn sie von einem elektrischen Motor angetrieben werden, muß wiederum eine besonders wirksame Form entwickelt werden, um durch Verringerung der notwendigen Kraft einen guten Wirkungsgrad zu erreichen.

Außerdem haben die bekannten dynamischen Vorrichtungen besonders bei Schornsteinzügen den Nachteil, stark von den angesaugten hei­ ßen Gasen umhüllt zu sein, wodurch sie übermäßig erhitzt werden.

Zum Stand der Technik wird auf die DE-OS 28 01 368 aufmerksam ge­ macht.

Die vorliegende Erfindung hat daher zum Ziel, diese Nachteile durch die Entwicklung besonderer Formen statischer Elemente zu vermeiden, die selber einen genügenden Unterdruck bei sehr ver­ schiedenen Windgeschwindigkeiten und -richtungen garantieren; die­ ser Unterdruck kann gesteigert und reguliert werden durch Verbin­ dung dieser statischen Elemente mit dynamischen Drehelementen, die nur wenig oder gar nicht mit den angesaugten heißen Gasen in Kon­ takt kommen und auf jeden Fall gründlich mit frischer Luft belüftet werden, so daß sie bei niedriger Temperatur gehalten wer­ den können, was eine lange Lebensdauer gewährleistet.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß die Vorrichtung nach dem Oberbegriff ein an der oberen Öffnung eines Entlüftungs- oder Schornsteinrohrs dieses Rohr umgebendes und von ihm durchdrungenes Ringelement aufweist, dessen obere, den gleichen Durchmesser wie das Rohr aufweisende Öffnung bezüglich der Vertikalen in einer asymptotischen Kurve an das Ringelement angepaßt ist, und daß ein mit dem Ringelement verbundenes Strömungsführungselement zur Er­ zeugung einer das Ringelement tangierenden Luftströmung ohne Stau­ ungen in Form eines Unterdruckkegels, in dessen Innerem unabhängig von der Richtung der Luftströmung die obere Öffnung des Ringele­ ments angeordnet ist, vorhanden ist.

Die statischen Elemente sind dabei mit einer solchen Form verse­ hen, daß die Winde, denen sie ausgesetzt sind, sie umhüllen, ohne Windstöße zu verursachen, was unterhalb der Vorderseite der dem Wind ausgesetzten Vorrichtung die Schaffung einer im wesentlichen konstanten Unterdruckzone ermöglicht, unabhängig von der Windrich­ tung und der Anordnung des bestückten Entlüftungs- oder Schorn­ steinrohrs. Was die dynamischen Elemente angeht, so haben diese den Zweck, die von ihnen geschaffene Luftströmung durch einen Wind mit bestimmter Richtung zu ersetzen, der fähig ist, den notwendi­ gen Unterdruck zusammen mit den genannten statischen Elementen laut oben beschriebenem Vorgang zu erzeugen, derart, daß der ange­ strebte Unterdruck, mit dem das Entlüftungs- oder Schornsteinrohr beaufschlagt werden soll, nicht direkt durch die genannten mecha­ nischen Organe geschaffen wird, sondern durch Einwirkung des von den mechanischen Elementen produzierten Luftstroms auf die oben genannten statischen Elemente erzeugt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung unter Hervorhebung der statischen Elemente;

Fig. 2 eine schematische Ansicht mit den statischen verbunde­ ner, dynamischer Elemente, und zwar in einer ersten Ausführungsform teilweise im Längsschnitt;

Fig. 3 eine schematische Ansicht mit den statischen verbunde­ ner, dynamischer Elemente in einer weiteren Ausfüh­ rungsform im Längsschnitt;

Fig. 4 eine den Fig. 2 und 3 entsprechende Ansicht einer dritten Ausführungsform;

Fig. 5 eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungs­ form unter Hervorhebung von solchen Elementen, die sich auf einen Mehrrohrschornstein montieren lassen;

Fig. 6 eine schematische Draufsicht auf das obere statische Element;

Fig. 7 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht ei­ nes Flügels mit einer Spiralturbine als dynamischem Element.

Gemäß Fig. 1 besteht das statische Hauptelement aus einem hohlen Ringelement 1, das sich am oberen Teil des zu bestückenden Rohrs 2 befindet und von ihm durchdrungen wird. Die obere, den gleichen Durchmesser wie das Rohr 2 aufweisende Öffnung des Ringelements 1 ist bezüglich der Vertikalen in einer asymptotischen Kurve 3 an das Ringelement 1 angepaßt. Ferner ist ein mit dem Ringelement 1 verbundenes Strömungsführungselement zur Erzeugung einer das Rang­ element 1 tangierenden Luftströmung ohne Stauungen in Form eines Unterdruckkegels vorgesehen, in dessen Innerem unabhängig von der Richtung der Luftströmung die obere Öffnung des Ringelements ange­ ordnet ist.

Das mit dem Ringelement 1 verbundene Stromführungselement ist vor­ teilhaft eine Ablenkscheibe 4 mit einem Durchmesser, der geringfü­ gig über demjenigen der oberen Öffnung des Ringelements 1 liegt.

Die Ablenkscheibe 4, ist an ihrer Oberseite mit einer konzentri­ schen Kuppel 5 versehen. Die Ablenkscheibe 4 weist einen solchen Abstand von der oberen Öffnung des Ringelementes 1 auf, daß die ringförmige Austrittsfläche zwischen der Ablenkscheibe 4 und dem Rand der oberen Öffnung des Ringelementes 1 gleich groß ist wie die Fläche dieser Öffnung, wobei die Ablenkscheibe 4 von einer sphärischen Kuppel 5 geringer Höhe überdeckt ist.

Bei einer derart ausgestatteten Vorrichtung stellt man fest, daß ihre aerodynamische Durchschnittsleistung, d. h. ihr Verhalten bei ganz verschiedenen Windgeschwindigkeiten und -richtungen, der Lei­ stung bekannter statischer Vorrichtungen, besonders der der ge­ wöhnlich verwendeten Kegel, überlegen ist.

Aufgrund dieser Verbindung der Ablenkscheibe 4 mit dem Ringelement 1, das mit einer asymptotischen Kurve 3 abschließt wird der die Vorrichtung beaufschlagende Wind abgelenkt, unab­ hängig von seiner Richtung, die steigend oder fallend sein kann, siehe Pfeile A und B, um das Ringelement 1 praktisch gleichmäßig zu umgeben, indem an seiner Öffnung der gewünschte Unterdruck er­ zeugt wird. Dies gilt auch bei horizontalem Wind, der die Vorrich­ tung parallel zur Ablenkscheibe 4 im bekannten Zwischenraum zwi­ schen dieser und der Öffnung des Ringelements 1 gemäß Pfeil C durchquert.

Man stellt ferner fest, daß man den besten Unterdruck bei abwärts­ gerichtetem Wind gemäß Pfeil B (Fig. 1) hat. Es ist daher vorge­ sehen, künstlich eine solche Luftströmung (Fig. 2) zu erzeugen, indem man die oben beschriebene Vorrichtung mit einem Ventila­ tionsorgan versieht, das in der Lage ist, eine abwärtsgerichtete, die Vorrichtung umhüllende Luftströmung hervorzurufen. Zu diesem Zweck befindet sich oberhalb der Ablenkscheibe 4 ein von einem darüberliegenden elektrischen Motor 7 angetriebener Propeller 6 als Ventilator zur Erzeugung der Luftströmung und des Unterdruck­ kegels. Man sieht, daß die Drehung dieses Propellers 6 eine ab­ wärtsgerichtete Luftströmung erzeugt, die die Ablenkscheibe 4 ge­ mäß den Pfeilen D1 und D2 umhüllt, das Ringelement 1 tangential beaufschlagt und seine Öffnung somit in einer konischen Unter­ druckzone umschließt. Man entnimmt, daß die heißen Gase gemäß den Pfeilen E1 und E2 angesaugt werden, ohne jemals mit dem Propel­ ler 6 in Berührung zu kommen. Außerdem bekommt die Ablenkschei­ be 4, die mit den heißen Blasen in Berührung kommt, an ihrer oberen Seite ständig einen frischen Luftstrom vom Propeller 6 zugeführt.

Um den Wirkungsgrad des Systems zu verbessern und um es unab­ hängiger von den Außenwinden zu machen, wird der Propeller 6 fer­ ner innerhalb einer, einen offenen aerodynamischen Durchgang bil­ denden, Manschette 8 angetrieben, wobei sich die Ablenkscheibe 4 in der Ausgangshöhe der Manschette 8 befindet. Das Ganze ist von einer Kuppel 9 überdeckt, die einen größeren Durchmesser als die Manschette 8 hat, und die die vom Propeller 6 angesaugte frische Umgebungsluft durch einen freigelassenen Raum zwischen dieser Kup­ pel 9 und der Manschette 8 eindringen läßt. Dies garantiert eine kon­ stante Belüftung des Motors 7.

Die vom Propeller 6 erzeugte, abwärtsgerichtete Luftströmung er­ zeugt an der Unterseite der Ablenkscheibe 4 eine Unterdruckzone, mit der das Rohr 2 beaufschlagt wird, das von der Vorrichtung überdeckt ist, ohne daß jemals die auf diese Weise angesaugten heißen Gase mit dem Propeller 6 oder mit dem Motor 7, der ihn an­ treibt, in Berührung kommen können, da der erhaltene Unterdruck nicht durch den Propeller 6 selbst, sondern durch die Luftströmung, die dieser erzeugt, hervorgerufen wird.

Um den Wirkungsgrad dieser Vorrichtung noch weiter zu steigern, ist die Ablenkscheibe 4 vom Ringelement 1 (Fig. 3) getrennt und mit dem Propeller 6 in einem bestimmten Abstand verbunden, wodurch sie gleichzeitig mit ihm, durch den Motor 7 angetrieben, rotieren kann. Außerdem ist die Unterfläche dieser selben Ablenkscheibe 4 mit kleinen Schaufeln versehen, die die Halbzylinderform einer Re­ genrinne annehmen können und somit eine Zentrifugalturbine 10 bil­ den, wobei die relative Position der Ablenkscheibe 4 gegenüber der oberen Öffnung des Ringelements 1 unverändert bleibt. Daraus folgt, daß man bei Inrotationsetzen dieser beweglichen Einheit in dem zwischen dem Ausgang des aerodynamischen Durchgangs 8 und der oberen Öffnung des Ringelements 1 eingeschlossenen Bereich eine Luftströmung gemäß Pfeilen F1 und F2 feststellt, hervorgerufen durch die dynamischen Elemente 4 und 6, die die Resultierende der senkrecht abwärtsgerichteten, durch den Propeller 6 erzeugten und der durch die Zentrifugalturbine 10 erzeugten horizontalen Luft­ strömung ist. Man versteht daher, daß diese sich ergebende Luft­ strömung F1 und F2, die die obere Öffnung des Ringelements 1 und dieses selber umstreicht, in ihrem Inneren und im Rohr 2 den ge­ wünschten Unterdruck erzeugt, der aufgrund der Turbine 10 nur bes­ ser als der vorher vorhandene sein kann. Außerdem stellt man hier fest, daß der Propeller 6 und der Motor 7 von den heißen Gasen nicht erreicht werden können und außerdem ständig innerhalb der Kuppel 9 belüftet werden. Die Turbine 10, die als einziges Element mit den heißen Gasen in Berührung kommt, wird stark durch den obe­ ren Luftstrom belüftet.

Der Wirkungsgrad kann noch gesteigert werden, indem man die Zentrifugalturbine 10 mit einer Windbremse in Form eines Käfig­ ankers 11 verbindet, der an die Ablenkscheibe 4 montiert ist und von außen, ohne sie zu berühren, die obere Öffnung des Ring­ elements 1 (Fig. 4) frei umgibt. Die Schaufeln des Käfigankers 11 wei­ sen einen kleinen Durchmesser und Halbzylinderform auf. Es ver­ steht sich, daß die durch das Zusammenwirken der Turbine 10 und des Käfigankers 11 erzeugte Horizontalkomponente des Luftstroms größer als im vorhergehenden Fall ist. In diesem Fall kann ferner der Propeller 6 eine größere Leistung bringen, so daß der produzierte Luftstrom auch bei größerer Ausströmungsmenge die notwendige Ab­ lenkung bewahrt, um den erstrebten Unterdruck im Rohr 2 zu garan­ tieren. Außerdem kommt in diesem Fall zu dem durch auf diese Weise geschaffene senkrechte Luftströme induzierten Unterdruck der durch die Windbremse in Form des Käfigankers 11 geschaffene indirekte Unterdruck hinzu, der dank der Turbine 10 im Inneren derselben in einem beträchtlichen Ver­ hältnis bis zu ihrem obersten Flansch gesteigert ist.

In jedem Fall ist die Ablenkscheibe 4 mechanisch mit dem Propeller 6 über eine hohle, horizontal geöffnete Na­ be 12 verbunden, die die Ablenkscheibe 4 trägt und antreibt und welche die thermische Brücke, die zwischen der Ablenk­ scheibe 4 und dem Motor 7 entstehen könnte, beseitigt. Gleichzeitig wird durch diese Konstruktion ein Maximum an Ventilation dieser Nabe 12 garantiert.

Zu weiterer Verbesserung des Wirkungsgrades ist vorgesehen, daß die Schaufeln des Propellers 6 (Fig. 7) an ihrer Austrittskante mit einer Umbördelung 13 versehen werden können, mit dem Resultat, am Propeller 6 eine gewisse Zentrifugalwirkung zu schaffen, die dazu beiträgt, den von dem genannten Propeller 6 erzeugten verti­ kalen Luftstrom abzulenken.

Eine solche Vorrichtung wird, unabhängig von ihrer Ausführungs­ weise, um in verbundene Mehrrohrschornsteine eingebaut werden zu können, durch Zwischenmanschetten 14 ergänzt, die zur Mittelebene der Schornsteine versetzt sind, um eine Überlagerung bei zu eng nebeneinander verlaufenden verschiedenen, von jedem von ihnen ver­ ursachten Luftströme zu vermeiden, die das gewünschte Ergebnis stören würde (Fig. 5).

Schließlich, um die Instandhaltung solcher Vorrichtungen, beson­ ders das Schornsteinfegen, zu erleichtern, ist die Ablenkscheibe 4 im Falle einer statischen Vorrichtung mit einer Öse 15 versehen, die eine freie Drehung der Scheibe 4 um eine ihrer Stützen 16 er­ möglicht, ohne daß man die Schraube, die sie hält, ganz entfernen muß (Fig. 6).

Die Erfindung kann außer zur Gewährleistung eines ordnungsgemäßen Zuges von Schornsteinen auch zur beschleunigten Entlüftung von Haus- oder Industrieräumen einschließlich des Ablassens von ätzen­ den Gasen, die ebenfalls nicht mit den dynamischen Elementen der Vorrichtung in Berührung kommen sollen, verwendet werden.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Entlüftung von Räumen oder Schornsteinzügen, gekennzeichnet durch ein an der oberen Öffnung eines Entlüftungs- oder Schornsteinrohrs (2) dieses Rohr umgebendes und von ihm durchdrungenes Ringelement (1), dessen obere, den gleichen Durchmesser wie das Rohr (2) aufweisende Öffnung bezüglich der Vertikalen in einer asymptotischen Kurve (3) an das Ringelement (1) angepaßt ist, und durch ein mit dem Ringelement (1) verbundenes Strömungsführungselement (4) zur Erzeugung einer das Ringelement (1) tangierenden Luftströmung ohne Stauungen in Form eines Unterdruckkegels, in dessen Innerem unabhängig von der Richtung der Luftströmung die obere Öffnung des Ringelements (1) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Ringelement (1) verbundene Strömungsführungselement eine Ablenkscheibe (4) mit einem Durchmesser ist, der geringfügig über demjenigen der oberen Öffnung des Ringelements (1) liegt, wobei die Ablenkscheibe (4) einen solchen Abstand von dieser Öffnung aufweist, daß die ringförmige Austrittsfläche zwischen der Ablenkscheibe (4) und dem Rand der oberen Öffnung des Ring­ elementes (1) wenigstens gleich groß ist wie die Fläche dieser Öffnung, und daß die Ablenkscheibe (4) von einer sphärischen Kuppel (5) geringer Höhe überdeckt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Ablenkscheibe (4) ein von einem darüberliegenden elektrischen Motor (7) angetriebener Propeller (6) zur Erzeugung der Luftströmung und des Unterdruckkegels als Ventilations­ element angeordnet ist, daß sich das Ventilationselement innerhalb einer, einen offenen aerodynamischen Durchgang bildenden, Manschette (8) befindet, wobei sich die Ablenkscheibe (4) in der Ausgangshöhe der Manschette (8) befindet, und alles zusammen von einer die Zufuhr frischer Umgebungsluft ermöglichenden Kuppel (9) überdeckt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkscheibe (4) gegenüber dem Ringelement (1) zur Drehung um ihre Achse beweglich ist, indem sie mit dem Propeller (6) verbunden und an ihrer unteren Seite in Form einer Zentrifugalturbine (10) mit Schaufeln versehen ist, wobei ihre relative Position gegenüber der oberen Öffnung des Ringelements (1) unverändert bleibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Propeller (6) verbundene, an der unteren Seite entsprechend Zentrifugalturbine (10) mit Schaufeln versehene Ablenkscheibe (4) an ihrer Außenseite die Schaufeln einer Windbremse in Form eines Käfigankers (11) trägt, der die obere Öffnung des Ringelements (1) frei umgibt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln des Käfigankers (11) einen kleinen Durchmesser und Halbzylinderform aufweisen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Propeller (6) zur Sicherstellung seiner eigenen Ventilation und zur Unterbrechung der thermischen Brücke zwischen der Ablenkscheibe (4), die sie trägt, und der elektrischen Antriebswelle, mit der sie verbunden ist, eine horizontal geöffnete, hohle Nabe (12) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln des Propellers (6) an ihrer Austrittskante zur Erzeugung eines Zentrifugalventilations­ effekts mit einer Umbördelung (13) versehen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in bezug auf das Ringelement (1) statische Ablenkscheibe (4) um eine ihrer Stützen (16) drehbar und in Höhe der anderen Stütze oder Stützen mit einer Öse (15) versehen ist, die nach einem Losschrauben den Durchtritt der Befestigungsschraube erlaubt, um das Entlüftungsrohr (2) zu öffnen.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Montage auf einer Mehrzahl von in Reihe angeordneter Schornsteinen, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einer entsprechenden Anzahl mittels röhrenförmiger, zur Mittelebene der Schornsteine versetzter Manschetten (14) auf die mehrere, aneinander angrenzende Rohre aufweisenden Schornsteine montiert ist.