Die Erfindung betrifft eine Abgaserfassungshaube zum Erfassen verun
reinigter Luft oder anderer Gase, insbesondere aus langgestreckten
Quellen, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs 1.
Zur Abführung aufsteigender oder nach oben austretender Abgase einer
in einer Halle befindlichen Quelle luftverunreinigender Stoffe wird
häufig eine First-Lüftung mit mindestens einem längsverlaufenden
Dachreiter im First der Halle vorgesehen, der mit nach außen öffnen
den Luftaustritten versehen ist. Derartige Dachaufsätze sind in viel
fältigen Formen bekannt, wobei es bei den einzelnen Ausführungsfor
men im wesentlichen darum geht, eine vom Witterungsgeschehen unbe
einflußte Abführung von Hallenluft zu gewährleisten. Bei derartigen
Systemen gehen diese austretenden Verunreinigungen zunächst in die
Luft der Halle über und werden mit der Hallenluft, ggf. erheblich
verdünnt, in die freie Atmosphäre entlassen. Dabei erfolgt ein Luft
wechsel, der möglicherweise in Heißbetrieben toleriert werden kann,
der jedoch zu Zugerscheinungen führt und in Hallen ohne bedeutsame
Wärmequellen zusätzliche Heizungsprobleme aufwirft, und der in aller
Regel keine Reinigung der Abluft zuläßt. Aus diesem Grunde wurde ne
ben einer Kapselung der Quelle (Direkt-Absaugung) bereits versucht,
die Grundfläche der Quelle mit einer Erfassungshaube zu überdecken,
die dann die aus der Quelle austretenden Verunreinigungen aufnehmen
und abführen soll. Diese Absaugung ist dabei auf den Arbeitsprozess
auszurichten, so daß die zum Absaugen eingesetzten Absaugehauben die
freigesetzten Luftverunreinigungen möglichst vollständig erfassen.
Derartige Absaugehauben führen jedoch zu erheblichen Luftströmen,
die nur schwer zu bewältigen sind; da diese Luftströme, um den Auf
lagen zur Reinhaltung der Luft nachzukommen, in nachgeschalteten
Abscheidern gereinigt werden müssen. Investitionskosten und Betrieb
derartiger Abscheider steigen mit der Größe der Luftströme an, so
daß insbesondere großflächige Absaugehauben wegen der nachgeschal
teten Abscheider erhebliche Folgekosten bedingen. Haubenausbildun
gen, bei denen zur Verringerung des abgesaugten Luftstromes ledig
lich im Randbereich abgesaugt wird, können zwar mit einem geringeren
Luftstrom betrieben werden, ihre Erfassung leidet jedoch insbesonde
re dann, wenn die Luftverunreinigungen stoßweise anfallen oder wenn
sie mit hoher kinetischer Anfangsenergie freigesetzt werden.
Aus der DE 39 01 859 A1 ist nun eine Erfassunghaube für verunreinig
te Luft bekannt, die längs einer horizontalen Ebene einen Absauge-
Luftstrom erzeugt, wobei durch die sich zwischen zwei Endflächen er
streckende Haube ein Absaugebereich gegeben ist, dessen Breite von
der Entfernung beider Endflächen gegeben ist. Die Einströmöffnung,
die sich ebenfalls über die gesamte Breite der Haube erstreckt, kann
in ihrer Höhe beliebig gestaltet werden. Wesentlich dabei ist, daß
beide Endflächen durch einen, das Gehäuse der Haube vervollständi
genden, zylindrischen Teilmantel verbunden sind, wobei die Einström
öffnung in ihrer Höhe kleiner ist als der Durchmesser dieses Mantels.
In dieser Haube bildet sich eine reine Drallströmung aus, die den
Gesetzen der Potentialströmung gehorchend, eine gegenüber der Ein
trittsgeschwindigkeit der angesaugten Luft relativ hohe Umfangsge
schwindigkeit aufweist. Der mit der hohen Umfangsgeschwindigkeit un
mittelbar verbundene dynamische Druck läßt wegen der Konstanz des Ge
samtdruckes den statischen Druck im Bereich der Einströmöffnung absin
ken, so daß der gewünschte Effekt des Absaugens und Erfassens der im
Bereich der Einströmöffnung freigesetzten Verunreinigungen gewährlei
stet ist. Ähnliche Drallströmungen zeigen auch Hauben nach EP 0 135
487 A2, SE 76 11472-7 oder WO 88/09227 A1. Mit derarti
gen Hauben lassen sich Absauge-Luftströme erzeugen, sofern die Breite
der Haube ein vom Schluckvermögen der stirnseitigen Senken abhängiges
Maß nicht übersteigt. Darüber hinaus bedarf eine derartige Abgaserfas
sungshaube eine die Strömung begrenzende Absaugefläche, um die ge
wünschte definierte Absaugeströmung zu erzwingen, was im freien Raum
dagegen nicht gelingt.
Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, eine
gattungsgemäße Abgaserfassunghaube so weiter zu entwickeln, daß sie
für beliebige Längen einsetzbar ist, wobei - in Weiterführung der Auf
gabe - auch eine Haube vorgeschlagen werden soll, die ohne an eine Ab
saugefläche gebunden zu sein, vorteilhaft als "Über-Kopf-Haube" ein
setzbar ist. Darüber hinaus soll die Haube einfach und wirtschaft
lich herstellbar, leicht zu warten und betriebssicher aufgebaut
sein.
Die Lösung der Aufgabe beschreiben die im Hauptanspruch enthaltenen
Merkmale des Kennzeichens; vorteilhafte Weiterbildungen und bevor
zugte Ausführungsformen beschreiben die Unteransprüche.
Nach der Aufgabenlösung ist die Mantelfläche der Haube
gebildet von zwei sich durchdringenden Zylindern, wobei das Durch
dringen derart ist, daß die Mittelpunkte der Zylinder außerhalb des
jeweilig anderen Zylinders liegen und dass die Öffnungen der Zylinder
sich zu einer Absaugeöffnung ergänzen. Eine derartige Abgaserfas
sungshaube bedarf keiner zusätzlichen Strömungs-Leitfläche und sie
kann in einfacher Weise als "Über-Kopf-Haube" eingesetzt werden. Da
sie wegen der zusätzlichen Senken auf beliebige Längen ausdehnbar
ist, lassen sich so auch Abdämpfe oder -gase aus langgestreckten
Quellen wirksam erfassen und absaugen. Vorteilhaft liegt dabei die
Quelle parallel zur Achse der Abgaserfassungshaube und symmetrisch zu
einer durch deren Mitte verlaufenden Vertikalebene. Der das Hau
benvolumen umschließende Mantel ist dabei gebildet von zwei sich
durchdringenden Zylindern, die im unteren Bereich jeder dieser Zylin
der gleichweit geöffnet sind, und die in die Absaugeöffnung einströ
mende Luft wird in eine doppelte Drallströmung gezwungen, wobei die
beiden Drallströmungen mit entgegengesetztem Drehsinn behaftet sind
und sich wechselseitig stabilisieren. Dabei ist die Anordnung der
beiden spiegelbildlich zueinander angeordneten Hauben bedeutsam, wo
bei sich beide Drallströmungen im Durchdringungsbereich überlagern.
Mit diesen gegenläufigen Drallströmungen wird erreicht, daß sich
beidseits der Mittelebene der Haubenanordnung die geforderte Absau
geströmung ausbildet. Dabei verlaufen die sich in den beiden Hauben
aufgrund von Zuström-Asymmetrien einstellenden, gegenläufigen Drall
strömungen mit einer gegenüber der Absauge-Geschwindigkeit höheren
Umlaufgeschwindigkeit, so daß der dynamische Druck der Drallströmung
den statischen Druck im Einströmbereich absinken läßt und die Zu
strömung aus dem Raum erzwingt. Die Zuströmung ist spiegelsymmetrisch
zur Längsachse und erstreckt sich im wesentlichen über die gesamte
Länge der Abgaserfassungshaube.
Dabei sind die beiden äußeren, die Ansaugeöffnung be
grenzenden Kanten des Mantels mit in das Innere der Zylinder gerich
teten Leitflächen versehen, die den Strömungsquerschnitt beider
Zylinder etwa in gleicher Weise einengen. Durch diese aus der DE-OS
39 01 859 an sich bekannte Einengung der Drallströmungen in die Be
reiche ihrer Übertritte in die Einströmöffnung wird zum einen die
Drallströmung beschleunigt und zum anderen die Unsymmetrie der Zu
strömung vergrößert und so die Ausbildung der Drallströmung begün
stigt; diese Einengung wird hier auf beiden Seiten gleichmäßig vor
genommen. Als vorteilhaft hat sich eine Verkleinerung des der Drall
strömung zur Verfügung stehenden Radien um etwa 25% erwiesen, der
hier beidseits vorgesehen ist. Dies kann durch einfache, an den ent
sprechenden Kanten der Teilmäntel der Haube angesetzte, zum jeweili
gen Zentrum der Teilhaube gerichtete Blenden geschehen. Eine andere
Möglichkeit ergibt sich dadurch, daß anstelle dieser Blenden, die die
Einströmöffnung begrenzende Ränder der Teilmäntel mit vermehrter
und/oder verstärkter Kantung oder mit zunehmender Krümmung in den
Drallströmungsbereich hineingeführt ist und so die Strömungseinen
gung bewirken. Dabei werden diese Strömungseinengungen vorteilhaft so
ausgebildet, daß sie zu den oberen Flächen der Quelle korrespon
dieren, wodurch die Abgaserfassungshaube so an die Quellen anpassbar
ist, daß die "Nebenluft-Ansaugung" in Grenzen gehalten wird. Vor
teilhaft ist es dabei, wenn die in das Innere der Zylinder gerichte
ten Leitflächen an die Begrenzungsflächen der Quelle anlegbar sind.
Weiter ist die Haube mit radial zur Mantelfläche ausgerichteten
Senkenrohren versehen, die konzentrisch zur Mantelfläche Senkenöff
nungen aufweisen, wobei die in die Haube eingeführten Senkenrohre an
ein Absaugesystem angeschlossen sind. Dadurch, daß jede der Endflä
chen zwei Strömungssenken aufweist, und daß in Abständen davon wei
tere Strömungssenken vorgesehen sind, die in Form radial in den Teil-
Zylinder eingebracht sind, wobei die Senkenrohre mit Einström
öffnungen versehen sind, die koaxial zu dem die Haube erzeugenden
Zylinder liegen, werden Strömungsverhältnisse geschaffen, die eine
durchgehende Drallströmung über die gesamte Breite der Abgaserfas
sungshaube gewährleisten. Diese Senkenrohre sind an Absaugesysteme
angeschlossen, über die die abzusaugende Luft aus dem Zentrum der
stabilisierten Drallströmung so abgesaugt wird, daß diese Strömung
stabil aufrecht erhalten wird. Dabei stellen diese Senkenrohre
jeweils eine Doppelsenke dar, da die zum Zylinder koaxialen Einström
öffnungen nach beiden Seiten hin geöffnet sind.
Zweckmäßigerweise weisen in einer vorteilhaften Weiterbildung die
Einströmöffnungen der Strömungssenken übliche, mit Rundungen ver
sehene Einlaufdüsen auf, die in die Endflächen bzw. die Senkenrohre
eingesetzt sind. Durch diese gerundeten Einlaufdüsen werden die Ein
strömverluste jeder dieser Senken verringert und so der Energiebedarf
zur Förderung des abgesaugten Luftstroms gesenkt.
Die Absaugesysteme können dabei individuell für jede dieser Senken
rohre vorgesehen sein, wobei es vorteilhaft ist, wenn die Anschlüsse
über flexible Anschlußleitungen geführt sind. So läßt sich bei der
Vielzahl der vorzusehenden Anschlüsse auch ein gruppenweises Auf
stellen der Absaugevorrichtungen erreichen. Alternativ dazu werden
alle oder einige zu Gruppen zusammengefaßte Senkenrohre an eine Ab
saugevorrichtung angeschlossen. Dabei wird ein für alle Senkenrohre
oder für die Senkenrohr-Gruppe jeweils ein gemeinsamer Absaugekanal
vorgesehen. Um die Gleichmäßigkeit der Senken-Absaugung zu gewähr
leisten und um den Druckverlust im Absaugekanal zu begrenzen, wird
der Kanal-Querschnitt so gestaltet, daß sich bei jeder Einführung
eines der Senkenrohre der Querschnitt um einen gewissen Betrag ver
größert, wobei diese Querschnittszunahme derart ist, daß die Strö
mungsgeschwindigkeit im gesamten Absaugekanal im wesentlichen gleich
ist. Vorteilhafterweise sind die Senkenrohre in äquidistanten Abstän
den gegenüber dem jeweils benachbarten bzw. gegenüber der jeweils
benachbarten Endwand angeordnet. Durch diese Anordnung ist eine
Symmetrie gegeben, die es erlaubt, die einzelnen Absaugeströme der
einzelnen Senken (Endflächen) bzw. Doppelsenken (Senkenrohre) in
einfacher Weise gegeneinander abzugleichen.
Bei einer der Ausführungsformen ist der Querschnitt des Mantels teil
zylindrisch ausgebildet; in einer anderen Ausführungsform ist
er polygonal ausgebildet, wobei bei beiden Formen der der auslau
fenden Strömung entsprechende Teilbereich zu der Mittelachse der
Abgaserfassungshaube eingezogen sein kann. Bei der teil-zylindri
schen Form ist dazu die spiralige Ausbildung zumindest dieses Teil
bereichs vorteilhaft, bei der polygonalen Ausbildungsform wird vor
teilhaft das in Richtung der Strömung liegende, letzte Teilstück des
Polygons nach innen abgebogen, so daß in beiden Fällen die gewünschte
Einengung der Strömung vor dem Eintritt in den Bereich der Absau
geöffnung erreicht wird.
Zur Erzeugung einer wirksamen Absaugeströmung über die stabilisierte
Drallströmung sind die einander paarweise gegenüberliegend angeord
neten Strömungssenken der äußeren der Senkenrohre und die der zuge
ordneten Endflächen der Abgaserfassungshaube bzw. der benachbarten
Senkenrohre bedeutsam, wobei die Strömungssenken zueinander koaxial
sind. Dabei kommt es vornehmlich auf die Einströmgeschwindigkeit der
Luft in die Strömungssenken an, wobei der in die Strömungssenken
übertretende Luftstrom aus Kontinuitätsgründen dem Luftstrom ent
sprechen muß, der durch die Einströmöffnung in die Haube eintritt,
wobei die Eintrittsgeschwindigkeit in die Haube wegen der überlager
ten hohen Drallgeschwindigkeit (relativ) klein gehalten werden kann.
Die Drallströmungen bilden sich störungsfrei und sicher aus, wenn
die beiden teil-zylinderförmigen Gehäusewände der Absaugehaube die
Strömung je mindestens über 270° führen. Wird darüber hinaus die
Strömung im Bereich der der Zuströmfläche bzw. der Symmetrieebene
gegenüberliegende Kante eingeengt (d. h. ihre Geschwindigkeit ver
größert), erhöht sich die Stabilität weiter. Dabei ist es vorteil
haft, wenn die Einengung durch eine gerade oder eine strömungsge
recht gerundete Blende derart erfolgt, daß der Radius der Strömung
um etwa 25% verringert wird. Durch diese Blende wird auch eine "Vor
ausrichtung" der der Eintrittsöffnung von der der Einströmfläche ab
gewandten Seite zuströmenden Luft erreicht, so daß auch von dieser
Seite die Ausbildung und die Stabilität der Drallströmung begün
stigt wird.
Das Wesen der Erfindung wird an Hand der Fig. 1 und 2 näher er
läutert; dabei zeigen
Fig. 01: Schema-Darstellung eines Haubenstückes mit angedeute
ter Strömung;
Fig. 02: Querschnitt einer Haube mit spiraligem Mantel;
Fig. 03: Querschnitt einer Haube mit polygonalen Querschnitt;
Fig. 04: Längs-Ansicht einer Abgaserfassungs-Haube mit Abluft-
Sammelkanal;
Fig. 05: Querschnitt durch eine Abgaserfassungs-Haube mit dop
pelter Drallströmung.
Die Fig. 1 zeigt ein stark schematisiertes Teilstück einer Abgaser
fassungs-Haube in perspektivischer Ansicht mit einer Endplatte 6 und
einem von der Endplatte 6 sich in axialer Richtung erstreckenden Man
tel 7, der in dem dargestellten Beispiel einen zylindrischen Quer
schnitt aufweist. Die Endplatte 6 ist mit einem zentrisch
zum Mantel 7 angeordneten Senkenrohr 3 versehen, das eine Einlaufdü
se 3.1 aufweist, die die Strömungssenke darstellt und mit der im Zen
trum der Abgaserfassungs-Haube Abluft übernommen und so eine Drall
strömung angeregt wird. Wegen der begrenzten Wirkung einer solchen
Senkenströmung in axialer Richtung ist in einer Entfernung von der
Endplatte 6 ein Senkenrohr 4 durch den Mantel 7 axial in die Strö
mung geführt, das mit zwei gegeneinander gerichteten Einlaufdüsen
4.1 versehen ist, die koaxial zu den Einlaufdüsen 3.1 der Endplatten
6 liegen. Diese Einlaufdüsen 4.1 der axialen Senkenrohre 4 erzeugen
ebenfalls eine Senkenströmung, wie durch die gestrichelten Pfeile
angedeutet, die eine - ebenfalls durch gestrichelte Pfeile angedeu
tete - Drallströmung anregt, wobei ein der in die Strömungssenke ein
strömenden Luft entsprechender Anteil von Luft durch die Einströmöff
nung 8 der Abgaserfassung-Haube nachgesaugt wird - wie wiederum durch
gestrichelte Pfeile angedeutet. Durch eine in das Innere der Abgaser
fassungs-Haube gerichtete Schürze 9.1 wird die Drallströmung vor dem
Eintreten in den Bereich der Einströmöffnung 8 nach innen gedrängt
und dabei beschleunigt, so daß der dynamische Druck ansteigt und der
statische Druck, der für das Nachströmen der Luft aus dem Außenraum
verantwortlich ist, wegen des konstanten Gesamtdruckes absinkt.
Die Drallströmung ist dabei nicht an eine zylindrische Form der Ab
gaserfassung-Haube gebunden. Wie die Fig. 2 zeigt, lassen sich Hau
ben mit spiralig geformtem Mantel 7' in gleicher Weise verwenden, wo
bei die Strömung (gestrichelt angedeutet) über den gesamten Laufweg
nach innen gedrängt wird. Die Beschleunigung wird so über den vom
Mantel 7 überdeckten Laufweg verteilt. Die Endplatte 6 ist hier (zur
besseren Veranschaulichung mit kreisförmig begrenztem Oberteil darge
stellt) über die Ansaugöffnung 8 hinaus geführt, wobei beide Enden
des Mantels 7 mit Schürzen 9.2 versehen sind, die nach außen weisend
zusammen mit der überstehenden Endplatte 6 den Zuströmbereich be
grenzen. In der Fig. 3 ist der Mantel 7" als Polygonzug (hier 6-
eckig dargestellt) ausgebildet. Auch mit dieser Ausbildung des Man
tels 7 ist die Abgaserfassungs-Haube in der Lage, eine (gestrichelt
dargestellte) Drallströmung zu erzeugen und zu führen. Auch hier ist
es möglich, etwa durch Einwärts-Biegen das in Strömungsrichtung let
zten Teilstückes des Polygons, die Drallströmung nach innen zu drän
gen und sie so vor dem Eintritt in den Bereich der Ansaugöffnung 8
zu beschleunigen. Die Endplatte 6 wird hier zweckmäßig dem Polygon
angepaßt, wobei sie im Bereich des einwärts gebogenen Teilstückes
überragen kann. Auch in dieser Ausführungsform können die beiden
Enden des Mantels 7 mit Schürzen versehen sein, die - wie im Fall des
spiralig ausgebildeten Mantels 7' - nach außen gerichtet sind und
zusammen mit dem Überstand der Endplatte 6 den Zuströmbereich be
grenzen.
Die Fig. 4 zeigt eine Längsansicht einer Abgaserfassung-Haube mit
dem Mantel 7, der sich zwischen den beiden Endplatten 6 erstreckt.
Die axialen Senkenrohre 3 für die Endplatten sind zentral in diese
Endplatten geführt und auf der Zuströmseite mit Einlaufdüsen 3.1
versehen. Zwischen den Endplatten 6 sind weiter radial eingeführte
Senkenrohre 4 in gleichen Abständen von den Endplatten 6 bzw. von
einander vorgesehen, die koaxial zu den Einlaufdüsen 3.1 der axialen
Senkenrohre 3 mit Einlaufdüsen 4.1 versehen sind. Jedes der radialen
Senkenrohre 4 weist dabei zwei Einlaufdüsen 4.1 auf, die gegeneinan
der gerichtet sind. Die axialen Senkenrohre 3 sind ebenso wie die
radialen Senkenrohre 4 über die Anschlußleitungen 3.2 bzw. 4.2 mit
einem Abluft-Sammelkanal 2 verbunden, der seinerseits über den Ab
luftstutzen 1 mit einem (nicht näher dargestellten) Abluft-Absauge
system verbunden ist. Ein der über die Einlaufdüsen der Senkenrohre
abgesaugten Luft entsprechender Anteil Frischluft wird durch die An
saugöffnung 8 angesaugt, wobei eine nach innen gerichtet Schürze 9.1
die in den Bereich der Ansaugöffnung 8 gelangende Luft der Drall
strömung nach innen drängt und beschleunigt.
Die Fig. 5 zeigt eine besondere Anwendung der Abgaserfassungs-Hau
be: Hier werden zwei gegenläufige Drallströmungen in einer Haube er
zeugt, die mit zwei Endplatten versehen ist, von denen im dargestell
ten Schnitt eine zu erkennen ist. Zwischen diesen Endplatten 6 er
streckt sich der Mantel 7, der hier aus zwei sich durchdringenden Zy
lindern gebildet ist, wobei diese einander durchdringenden Zylinder
im Bereich des Winkels, der im Bereich von 90° bis 145° liegt, offen
sind. Im übrigen sind die Endplatten 6 mit den axialen Senkenrohren
3 versehen und in die Drallströmung sind radiale Senkenrohre 4 ein
geführt, wobei alle Senkenrohre mit den entsprechenden Einlaufdüsen
3.1 bzw. 4.1 versehen sind, die mit einem oder zwei (nicht näher
dargestellten) Abluft-Sammelkanal/-kanälen in Verbindung stehen. Die
beiden sich durch das Einströmen der abgesaugten Luft in die Ein
strömöffnungen der Senkenrohre ausbildenden Drallströmungen sind
gegenläufig, wobei die Strömungsrichtung vorteilhafter Weise so ge
wählt ist, daß beide Drallströmungen im Bereich der Ansaugöffnung 8
von dieser weg gerichtet sind. Dabei werden beide Kanten des gemein
samen Mantels 7 zweckmäßiger Weise mit nach innen gerichteten Schür
zen 9.1 versehen, die beide Drallströmungen nach innen drängen und
vor Eintritt in den Bereich der Absaugeöffnung 8 beschleunigen. Da
bei können auch die beiden Mäntel spiralig einwärts ausgeformt sein
- wie gestrichelt angedeutet. Die Endplatten 6 können dabei - wie dar
gestellt - so ausgebildet sein, daß ihre Kontur eine Umhüllende des
gemeinsamen Mantels 7 darstellt. Es versteht sich von selbst, daß
diese Endplatte 6 auch entsprechend der Kontur des gemeinsamen Man
tels 7 ausgeformt sein kann.