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Die
Erfindung betrifft das Gebiet von Antivereisungsvorrichtungen für Luftfilter.
Luftfilter werden gewöhnlich
in Ventilationssystemen verwendet. Unter bestimmten klimatischen
Bedingungen, dem sogenannten "Eisnebel", wird das Vereisungsproblem besonders
bedeutsam. Der Eisnebel entspricht einer Luft auf niedriger Temperatur,
nahe 0°C,
und mit einem hohen Feuchtigkeitsgrad. Er ist beispielsweise an
hoch gelegenen Orten anzutreffen, die nichtsdestotrotz am Meeresrand
liegen. Wenn unter diesen Bedingungen Luft einen Luftfilter durchquert,
kommt es zu einem Entspannungsphänomen,
das sich in ein leichtes Absinken der Temperatur der Luft umsetzt, wobei
in der Folge Eis an dem Filter gebildet wird. Ein von dem Eis verstopfter
Filter stört
den Durchsatz an Luft, welche ihn durchquert, und läßt in absinken,
bis der Durchgang des Luftstroms vollständig behindert ist. Der Luftfilter
wird vollständig
verstopft, und das Ventilationssystem funktioniert dann nicht mehr.
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Ein
Dokument aus dem Stand der Technik sieht einen Satz von zwei Filtern
vor, mit welchem ein Filter enteist werden kann, während der
andere in Betrieb ist. Ein Nachteil besteht darin, daß dieser
Typ einer Anlage äußerst mühsam zu
unterhalten ist.
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Ein
weiteres Dokument aus dem Stand der Technik sieht Heizmittel vor,
um die Luft vor dem Durchqueren des Luftfilters zu erwärmen. Die
Heizmittel haben den Nachteil, daß sie eine Energiequelle benötigen.
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Die
Erfindung beruht auf dem Prinzip, welches darin besteht, ein Vereisungsphänomen mit
Hilfe von Mitteln zur passiven Luftaustrocknung zu erzeugen, wobei
gleichzeitig im Verlauf des Enteisungsphänomen ein Luftdurchgang bewahrt
wird, der frei bleibt. Dieser Luftdurchgang ermöglicht, daß der Luftfilter unter Bedingungen
von Eisnebel weiter funktioniert, ohne daß eine intensive Unterhaltung nötig ist.
Dieses Vereisungsphänomen
wird auf Höhe einer
Antivereisungsvorrichtung erzeugt, welche dann den Luftfilter gegen Vereisung
schützt.
Das Vereisungsphänomen
wird durch eine Entspannung der feuchten Luft hervorgerufen, welche
ein Absinken der Temperatur nach sich zieht.
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Erfindungsgemäß ist eine
Antivereisungsvorrichtung für
Luftfilter vorgesehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung
Mittel zur passiven Luftaustrocknung durch Erzeugung eines Vereisungsphänomens aufweist,
wobei die Mittel wenigstens einen Luftdurchgang in Form einer Schikane aufweisen,
die im Verlauf des Vereisungsphänomens frei
bleibt. Die Austrocknungsmittel weisen also keine Energiequelle
und benötigen
keine intensive und kostspielige Wartung.
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Die
Mittel zur passiven Luftaustrocknung sind bevorzugt Mittel zur statischen
Luftaustrocknung. Die Mittel zur statischen Luftaustrocknung weisen
feststehende und nicht verschleißbare Teile auf. Die Mittel
zur passiven Luftaustrocknung müssen demnach
nicht regelmäßig ausgetauscht
werden, wie z.B. Wasser abweisende Salzkuchen, die im Verlauf ihrer
Verwendung schmelzen. Die Antivereisungsvorrichtung besitzt dann
eine hohe Verwendungszuverlässigkeit
und benötigt
nur minimale Wartung.
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Die
Erfindung ist besser zu verstehen und weitere Merkmale und Vorteile
ergeben sich mit Hilfe der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen
als nicht einschränkende
Beispiele; darin zeigen:
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1 schematisch eine Antivereisungsvorrichtung
nach der Erfindung, welche in einem Kasten angeordnet ist, der in
ein Ventilationssystem integriert ist; und
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2 schematisch den Druckabfall
auf Höhe
der Antivereisungsvorrichtung in Abhängigkeit von der Perforationsrate
der perforierten Platten einer Antivereisungsvorrichtung nach einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
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1 stellt eine bevorzugte
Ausführungsform
einer Antivereisungsvorrichtung nach der Erfindung dar. Die dargestellte 1 ist ein Querschnitt einer
Antivereisungsvorrichtung nach der Erfindung. Die Mittel 4, 5, 6 zur
statischen Luftaustrocknung durch Erzeugung eines Vereisungsphänomens weisen
perforierte Platten auf, welche die Erzeugung eines Phänomens der
Entspannung von feuchter Luft erzeugen, was ein Absinken der Temperatur
nach sich zieht. Dieses Absinken der Temperatur liegt einem Vereisungsphänomen unter
Bedingungen eines Eisnebels zugrunde. Dieses Vereisungsphänomen befreit
die die Mittel 4, 5 und 6 zur statischen
Austrocknung durchquerende Luft wenigstens eines Teils ihrer Feuchtigkeit.
Die Mittel 4, 5, 6 zur statischen Austrocknung
weisen wenigstens zwei perforierte Platten 5 und 6 auf,
die durch den Luftdurchgang 4 voneinander beabstandet sind.
Der Luftdurchgang 4 in Form einer Schikane bleibt im Verlauf
des Vereisungsphänomens,
das einfacher Vereisung genannt wird, selbst dann frei, wenn alle
Löcher
von dem Eis verstopft sind, welche die perforierten Platten 5 und 6 enthalten.
Wegen der Schikanenform des Luftdurchgangs 4 kann die Luft
ausgetrocknet werden, welche die Mittel 4, 5 und 6 zur
Austrocknung durchquert, wobei gleichzeitig ein freier Durchgang
und damit ein begrenzter Druckabfall auf Höhe der Antivereisungsvorrichtung
aufrechterhalten werden kann. Die Löcher der perforierten Platten 5 und 6 ermöglichen
ein rascheres Einsetzen des Vereisungsphänomens, wenn die Löcher frei
sind. Wenn die Löcher
verstopft sind, ist die Eisschicht, welche die Platten bedeckt, stärker als
wenn keine Löcher
vorhanden sind; folglich ist die Austrocknung der Luft, welche die
Austrocknungsmittel durchquert, stärker, die durch Lecken der
perforierten Platten 5 und 6 geschieht. Die Anzahl
der perforierten Platten beträgt
bevorzugt zwei. Drei oder sogar mehr perforierte Platten erhöhen nämlich die
Wirksamkeit der Austrocknung gering, aber machen die Antivereisungsvorrichtung
dagegen komplizierter.
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Die
Antivereisungsvorrichtung weist bevorzugt einen Gang 7 auf,
z.B. mit rechteckigem Querschnitt, dessen gegenüberliegende Wände 71 und 72 dargestellt
sind. In diesem Gang 7 sind die zwei perforierten Platten 5 und 6 derart
versetzt angeordnet, daß die
in dem Gang 7 zirkulierende Luft entweder wenigstens eine
der Platten 5 oder 6 durchquert oder zwischen
den Oberflächen
der Platten 5 und 6 über den schikanenförmigen Durchgang 4 strömt. Dafür ist die
perforierte Platte 5 mit der Wand 71 verbunden,
während
die perforierte Platte 6 mit der Wand 72 verbunden
ist. Der oberhalb der Austrocknungsmittel 4, 5 und 6 ankommende
Luftstrom ist mit A bezeichnet, und der unterhalb der Austrocknungsmittel 4, 5 und 6 wieder
abgehende Luftstrom ist mit B bezeichnet. Auf Höhe der Austrocknungsmittel 4, 5 und 6 kann
der Luftstrom A mehrere Wege nehmen, um die Austrocknungsmittel 4, 5 und 6 zu
durchqueren. Die verschiedenen Typen von möglichen Wegen sind durch die
Luftströme
a0, a1, a2 und a3 verwirklicht.
Der Luftstrom a1 strömt nacheinander durch die perforierten
Platten 5 und 6. Der Luftstrom a2 strömt zunächst durch
die perforierte Platte 5, dann neben der perforierten Platte 6.
Der Luftstrom a3 strömt zunächst neben der perforierten
Platte 5, dann durch die perforierte Platte 6.
Der Luftstrom a0, der dem schikanenförmigen Luftdurchgang 4 folgt,
strömt
zunächst
neben der perforierten Platte 5, dann zwischen den Oberflächen der
perforierten Platten 5 und 6 und schließlich neben
der Platte 6. Die Luftströme a0,
a1, a2 und a3 werden eines Teils ihrer Feuchtigkeit in
Form einer Eisablagerung an den perforierten Platten 5 und 6 entlastet.
Für die
Luftströme
a1, a2 und a3 wird das Vereisungsphänomen durch eine Luftentspannung
hervorgerufen, die beim Durchqueren der perforierten Platten 5 und 6 ein
Absinken der Temperatur nach sich zieht. Für den Luftstrom a0 wird
das Vereisungsphänomen
durch das Lecken der Oberflächen
der perforierten Platten 5 und 6 hervorgerufen, die
selbst bereits kalt sind und dann mit Eis bedeckt werden.
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Die
perforierten Platten 5 und 6 sind bevorzugt im
wesentlichen senkrecht zu den Wänden 71 bzw. 72 des
Gangs 7. Winkel zwischen perforierter Platte und Wand,
die vom rechten Winkel verschieden sind, erhöhen den Platzbedarf der Antivereisungsvorrichtung,
ohne ihre Austrocknungswirksamkeit zu erhöhen.
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Es
sei 1c die Breite des Gangs und 1p die Breite
der perforierten Platten 5 und 6, wobei die Breite 1p vorteilhaft
für die
zwei perforierten Platten 5 und 6 identisch ist.
Es sei e der Zwischenplattenabstand, d.h. der Abstand, der die Oberflächen der
perforierten Platten 5 und 6 trennt. Bevorzugt
beträgt
die Breite 1p jeder der perforierten Platten 5 und 6 im
wesentlichen drei Viertel der Breite 1c des Gangs 7,
und der Zwischenplattenabstand e beträgt im wesentlichen ein Viertel
der Breite 1c des Gangs 7, wobei die genauen Werte
von drei Vierteln bzw. einem Viertel für die Verhältnisse 1p/1c und
e/1c Optima darstellen. In diesem Fall erstrecken sich die Platten über die
ganze Länge
des Gangs 7 in der Richtung D. Ein bevorzugtes numerisches
Beispiel nach der Erfindung, das unten beschrieben ist, entspricht
im wesentlichen 300 mm für
die Breite 1p, im wesentlichen 400 mm für die Breite 1c und
im wesentlichen 100 mm für
den Zwischenplattenabstand e.
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Die
perforierten Platten 5 und 6 sind im wesentlichen
flach. Die perforierten Platten 5 und 6 sind vorteilhaft
Metallbleche. Das Metall gewährleistet eine
gute Wärmeleitfähigkeit.
Durch die Verwendung eines Metalls zur Realisierung der Antivereisungsvorrichtung,
wenn die restliche Struktur, an welcher sie angebracht ist, ebenfalls
aus Metall besteht, läßt sich
auch das Auftreten von galvanometrischen Problemen vermeiden, die
eine Korrosion durch Oxidation nach sich ziehen. Das Metall ist
beispielsweise Aluminium.
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1 zeigt auch einen Kasten 1 mit
dem Gang 7, in welchem die Austrocknungsmittel 4, 5 und 6 integriert
sein können.
Der Kasten 1 ist ein mechanischer Schutzkasten für einen
Luftfilter, der eine Antivereisungsvorrichtung nach der Erfindung
aufweist, die auf Höhe
des Lufteingangs des Kastens 1 liegt. Der Lufteingang des
Kastens 1 liegt auf Höhe
des Gangs 7. Der Kasten 1 ermöglicht beispielsweise, einen
Luftfilter vor Regentropfen zu schützen, ob diese beim Herunterfallen
von oben kommen oder von unten durch Zurückspritzen auf einem harten
Boden. Der Kasten 1 ist bevorzugt demontierbar und kann mit
Schrauben an einem Träger 9 befestigt
werden. Die perforierten Platten 5 und 6 können selbst
vorteilhaft mit Schrauben in dem Gang 7 befestigt werden. Durch
den demontierbaren Charakter der perforierten Platten 5 und 6 und
gegebenenfalls des Gehäuses 1 ist
eine begrenzte Verwendung der Antivereisungsvorrichtung in der Zeit
möglich,
d.h. daß die
Antivereisungsvorrichtung beispielsweise im Sommer demontiert werden
kann. Bei dem unten beschriebenen, bevorzugten numerischen Beispiel
betragen die Abmessungen L×H×D des Kastens
bevorzugt 800×800×600 mm.
Der Kasten 1 kann in nahen Abständen vom Boden angeordnet sein,
z.B. 20 cm.
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1 zeigt auch einen Teil
eines Ventilationssystems mit zwei Luftfiltern 2 und 3.
Ein Anti-IEM-Gitter, IEM für
elektromagnetischer Impuls, ist vorteilhaft unterhalb der Luftfilter 2 und 3 angeordnet. Der
Luftstrom B ist der Strom oberhalb der Luftfilter 2 und 3,
während
der Luftstrom C der Strom unterhalb der Luftfilter 2 und 3 ist.
Das Ventilationssystem weist wenigstens einen Luftfilter auf, und
der relative Druckabfall ΔPd
auf Höhe
der Antivereisungsvorrichtung ist bevorzugt im wesentlichen größer oder
gleich dem relativen Druckabfall ΔPf
auf Höhe
des Luftfilters oder der Luftfilter. Diese Bedingung ermöglicht nämlich für die Antivereisungsvorrichtung,
daß der Luftstrom
A von seiner überschüssigen Feuchtigkeit entlastet
wird, welche die Luftfilter 2 und 3 vereist hätte. So
kann der Luftstrom B Feuchtigkeit enthalten, aber da diese nicht übermäßig vorliegt,
wird sie keine oder fast keine Vereisung mehr bei der Entspannung gefolgt
von Abkühlung
hervorrufen, denen der Luftstrom im Moment des Durchgangs durch
die Luftfilter 2 und 3 unterworfen wird. Je weiter
der Druckabfall ΔPd
unter dem Druckabfall ΔPf
liegt, desto schlechter wird die Wirksamkeit der Luftaustrocknung
auf Höhe
der Antivereisungsvorrichtung sein. Wenn der Druckabfall ΔPd zu stark über dem
Druckabfall ΔPf liegt,
kommt es zu einem Druckzusammenbruch auf Höhe des Luftstroms B, der den
Betrieb des Luftfilters stören
kann.
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Die
perforierten Platten 5 und 6 haben Löcher, und
das Verhältnis
zwischen der gesamten Oberfläche
der in einer perforierten Platte enthaltenen Löcher und der gesamten Oberfläche der
perforierten Platte heiß Perforationsrate ξ. 2 stellt den absoluten Druckabfall ΔP auf Höhe der Antivereisungsvorrichtung
in Abhängigkeit
von der Perforationsrate ξ der
perforierten Platten 5 und 6 dar. Der absolute
Druckabfall ΔP
ist in Pascal (Pa) ausgedrückt und
die Perforationsrate ξ in
Prozent (%). Bevorzugt liegt die Perforationsrate ξ der Platten
zwischen 30 % und 50 %. Bei dem unten beschriebenen, bevorzugten
numerischen Beispiel beträgt
die Perforationsrate ξ 40
%, was einem absoluten Druckabfall ΔP von 100 Pa entspricht, wobei
dann der relative Druckabfall ΔPd
auf Höhe
der Antivereisungsvorrichtung im wesentlichen dem relativen Druckabfall ΔPf auf Höhe der Luftfilter 2 und 3 entspricht.
Eine Perforationsrate ξ von
100 %, d.h. die Abwesenheit von perforierten Platten, zeigt einen
schwachen Druckabfall in der Größenordnung
von 30 Pa an, der aus der Anwesenheit des Kastens 1 stammt.
Von der Perforationsrate ξ hängt hauptsächlich der
Druckabfall ΔPd
ab. Je nach dem verwendeten Luftfilter und folglich nach dem gesuchten
Druckabfall ΔPd
kann eine geeignete Perforationsrate ξ gewählt werden. In erster Linie
ist die Größe der Löcher für eine gegebene
Perforationsrate ξ nicht
von Bedeutung, d.h. die Tatsache, daß die Perforationsrate ξ mit vielen
kleinen Löchern oder
mit wenigen großen
Löchern
erhalten ist, ist in erster Näherung
irrelevant. Nichtsdestotrotz werden die perforierten Platten 5 und 6,
um ein rasches Einleiten des Vereisungsphänomens auf Höhe der Austrocknungsmittel 4, 5 und 6 zu
erhalten, bevorzugt kleine Löcher
aufweisen, die ein wirksameres Einfangen der Feuchtigkeit zu Beginn
des Vereisungsphänomens
realisieren. Bei dem unten beschriebenen, bevorzugten numerischen
Beispiel beträgt
der Durchmesser der Löcher
im wesentlichen 10 mm.
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Das
oben angegebene, bevorzugte numerische Beispiel entspricht der Verwendung
einer Antivereisungsvorrichtung in einem Kasten, der zwei Luftfilter
eines Ventilationssystems eines "Schutzraums" (englisch: shelter)
für eine
mobile Radarstation schützt,
die unter Bedingungen von Eisnebel verwendet wird. Der Luftdurchsatz
eines solchen Ventilationssystems liegt in der Größenordnung
von einigen tausend Kubikmetern pro Stunde (m3/h).
Ein aktives System, das eine Energiequelle verwendet, welche die
Luft etwa auf 2°C
erwärmen
muß, hätte eine
komplette Überarbeitung
der Leistungsbilanz auf Höhe
der Radarstation benötigt,
die eine Modifizierung der Verkabelung im Inneren des Shelters nach
sich ziehen kann. Die Antivereisungsvorrichtung nach der Erfindung
ist also besonders interessant für
Ventilationssysteme mit hohem Luftdurchsatz.
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Tests
wurden unter Bedingungen von Eisnebel mit drei Anlagen durchgeführt:
die
erste Anlage wies weder einen mechanischen Schutzkasten noch eine Antivereisungsvorrichtung auf,
die zweite Anlage wies einen mechanischen Schutzkasten, aber keine
Antivereisungsvorrichtung auf, die dritte Anlage wies einen mechanischen Schutzkasten
und eine Antivereisungsvorrichtung auf.
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Nach
einer Stunde wurde das Eisgewicht an dem oberen und dem unteren
Luftfilter 2 und 3 festgestellt, und folgende
Resultate wurden erhalten:
- – für die erste Anlage fast ein
Kilogramm Eis an jedem der Filter mit einer Verschlechterung des Luftdurchsatzes,
der um etwa 15 % abgefallen ist;
- – für die zweite
Anlage fast drei Kilogramm Eis an dem oberen Filter 2 mit
einem Luftdurchsatz von quasi null und fast einem Kilogramm Eis
an dem unteren Filter 3 mit einer Verschlechterung des Luftdurchsatzes,
der um etwa 15 % abgefallen ist;
- – für die dritte
Anlage weniger als hundert Gramm Eis an jedem der Filter mit keiner
wesentlichen Verschlechterung des Luftdurchsatzes.
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Diese
Ergebnisse bestätigen
die Wirksamkeit der Antivereisungsvorrichtung nach der Erfindung,
um so mehr als die Anwesenheit eines mechanischen Schutzkastens
an dem Ventilationssystem einen Luftdurchsatz noch mehr verschlechtert,
der bereits in Abwesenheit des Kastens beeinträchtigt ist.