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Die
Erfindung betrifft eine Luftbehandlungsanlage zur Behandlung eines
Luftstroms, der in einer im wesentlichen horizontalen Richtung strömt und durch
die Anlage von einer Einlaßseite
zu einer Auslaßseite
geblasen wird, wobei die Anlage wenigstens ein Kissen mit einer
Einlaßfläche, einer
Auslaßfläche und
einer Mehrzahl von engen Luftdurchflußkanälen aufweist, die sich von
der Einlaßfläche zur
Auslaßfläche erstrecken,
wobei die Wände
der Kanäle
von gewellten Blättern
aus einem steifen Material gebildet sind und die Blätter in
zueinander parallelen im wesentlichen vertikalen Ebenen einander
benachbart angeordnet und fixiert sind, so daß die von den Wellen irgend
zwei benachbarter Blätter
gebildeten Kanäle
sich von der Einlaßfläche zur
Auslaßfläche in zwei
verschiedenen Richtungen erstrecken.
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Solche
Luftbehandlungsanlagen werden heute häufig verwendet, besonders zum
Befeuchten und Kühlen
des Luftstroms, während
das Kissen mit Wasser getränkt
wird. Siehe z. B. das Informations- und Gebrauchshandbuch "CELdek/GLASdek Contact
material for evaporative cooling/humidification" herausgegeben von Munters Component
AB 1993. Das Wasser wird dann verdampft, und die Luft tauscht dadurch
fühlbare
Wärme gegen
latente Wärme
aus. Vorzugsweise sind die das Kissen bildenden gewellten Blätter mit
einem Benetzungsmittel imprägniert,
so daß die
Gesamtflächen
der Kanalwände dauernd
feucht sind, um eine wirksame Verdampfung zu sichern. Das steife
Material der gewellten Blätter kann
ein Zellulosematerial, ein Glasfasermaterial, ein synthetisches
Fasermaterial oder Kunststoffmaterial oder sogar eine Aluminiumlegierung
sein, die mit einer hygroskopischen Oberflächenschicht versehen sind.
Die gewellten Blätter
werden so angeordnet, daß die
Wellen in abwechselnden Richtungen orientiert sind, vorzugsweise
für jedes
zweite Blatt wiederholt, so daß die
von den Wellen gebildeten Kanäle
in nebeneinanderliegenden oder benachbarten Blättern in verschiedenen Richtungen
gerichtet sind. Zum Zeitpunkt der Herstellung werden die Blätter an
den Punkten miteinander verklebt, wo die Wellen einander kreuzen,
so daß eine
starre und stabile Einheit gebildet wird. Normalerweise kann das
von den gewellten Blättern
gebildete Kissen an den Kantenbereichen fest in einem Rahmen z.
B. aus rostfreiem Stahl, Aluminium oder einem anderen starren unbrennbaren
und nicht korrodierenden Material gehalten sein.
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Das
Kissen kann auch verwendet werden als ein Tröpfchenseparator, wobei es stromabwärts von einem
Kühlkissen
oder anderswo in einer Luftbehandlungsanlage oder System angeordnet
wird, wo der Luftstrom eine hohe Geschwindigkeit hat und Wassertröpfchen enthält. Da die
Kanäle
im Kissen in einem Winkel bezüglich
der Einlaßfließrichtung
des Luftstroms stehen, treffen die Wassertröpfchen auf die Wände der
Kanäle
und werden von den feuchten Wänden
derselben absorbiert.
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Die
oben beschriebenen Kühl-
oder Separatorkissen, besonders die von der Firma Munters unter den
eingetragenen Marken CELdek und GLASdek hergestellten und vertriebenen
Produkte haben erwiesen, daß sie
wirksam und zuverlässig
mit langer Lebensdauer in Kühl-
und Lüftungssystemen
in öffentlichen
Gebäuden,
Büros,
Industrie-, Landwirtscharts- und Tierhaltungsgebäuden arbeiten. Die letzterwähnte Anwendung
ist sehr wichtig geworden, besonders für die Aufzucht von Tieren und
Vögeln,
besonders Küken
in großer
Zahl. Die Kissen werden auch in Gasturbineneinlässen verwendet.
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Somit
ist diese Art von Luftbehandlungsanlagen mit Kissen von gewellten
Blättern
kommerziell sehr wichtig geworden und es besteht ein anhaltender
Bedarf für
weitere Verbesserung. Demgemäß ist Hauptzweck
der vorliegenden Erfindung, eine Luftbehandlungsanlage mit höherem Wirkungsgrad,
größerer Festigkeit
und allgemein verbesserter Leistung zu schaffen. Ein weiterer spezieller
Zweck ist es, ein verbessertes Kissen zu schaffen, welches eine
höhere Luftstromgeschwindigkeit
und einen höheren
Kühlungs-
und Befeuchtungs-Wirkungsgrad ermöglicht.
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Diese
Ziele werden erreicht für
eine Luftbehandlungsanlage, worin wenigstens in einem mittleren
Hauptbereich des Kissens die parallelen Ebenen der gewellten Blätter schräg mit Bezug
auf eine im wesentlichen horizontale Richtung, die normal zur Einlaßfläche ist,
orientiert sind, wodurch sich die Luftdurchflußkanäle schräg nicht nur in den zwei Richtungen
in den zueinander parallelen Ebenen sondern auch zur Seite hin schräg in einer
dritten Richtung gesehen in der im wesentlichen horizontalen normalen Richtung
erstrecken als Folge der schrägen
Orientierung der zueinander parallelen Ebenen. Auf diese Weise wird
der Luftstrom für
eine gegebene Dicke eines Kissens gezwungen, im Kanal eine größere Strecke
von der Einlaßfläche zur
Auslaßfläche des
Kissen zu durchlaufen, wodurch der Verdunstungsprozeß gesteigert
wird. Selbstverständlich
wird durch die zusätzliche
Ablenkung des Luftstroms auch ein erhöhter Druckabfall verursacht.
Jedoch hat sich gezeigt, daß der
Nettoeffekt eine deutliche Verbesserung der Kühl- und Befeuchtungskapazität des Kissens
(für ein
gegebenes Volumen oder eine gegebene Dicke) bzw. eine stark verbesserte
Fähigkeit
zur Tröpfchenabscheidung
ist. So ist es möglich,
den Gesamtmassen- oder Volumenfluß des Luftstroms aufrechtzuerhalten
und dabei den Kühl-
und Befeuchtungswirkungsgrad deutlich zu erhöhen. Der erhöhte Wirkungsgrad
ist besonders ausgeprägt
für verhältnismäßig dünne Kissen
und verhältnismäßig hohe Luftgeschwindigkeiten.
Stattdessen ist es möglich, ein
dünneres
Kissen zu verwenden, um den gleichen Kühl- und Befeuchtungseffekt
zu erreichen.
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Das
neue Kissen hat auch eine erhöhte
Festigkeit, besonders Biegefestigkeit, was wichtig für die Handhabung
des Kissens während
der Herstellung und des Transports ist. Die höhere Festigkeit ist hauptsächlich eine
Folge der Tatsache, daß in
einem gegebenen Volumen mehr Punkte von Klebkontakt zwischen den
Wellen der Blätter
vorhanden sind.
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Ein
weiterer Vorteil mit der neuen Struktur des Luftbehandlungskissens
ist seine Lichtblokkierungsfähigkeit.
Wegen der Schrägstellung
der Luftdurchflußkanäle kann
kein Licht, das auf eine Seite des Kissens fällt, zur anderen Seite hindurchgelangen,
falls die Lichtstrahlen nicht an den Kanalwänden reflektiert werden. Durch
geeignete Behandlung dieser Wände
kann die Lichtreflexion praktisch beseitigt werden. So kann kaum
noch irgendein Licht durch das Kissen hindurchtreten. In einigen
Anwendungen, wie Kükenfarmen,
kann dieses Merkmal sehr wichtig sein, besonders bei Verwendung
von Kunstlicht, das mit dem Tageslicht nicht synchron ist. In solchen
Anlagen werden die Kühl-
und Befeuchtungskissen normalerweise als Wandelemente im Gebäude montiert (Gebläse sind
in einer gegenüberliegenden
Wand montiert).
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Es
ist auch möglich,
das neue Kissen als ein Filter für
kleine Teilchen oder Flüssigkeitströpfchen zu
verwenden, die dem Luftstrom folgen, z. B. in Verbindung mit der
Belüftung
von Sprühkabinen
oder dgl.
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Die
Licht- oder Teilchenblockierungsfähigkeit kann wesentlich erhöht werden,
indem man wenigstens zwei Abteilungen des Kissens vorsieht, die
im Luftstrom der eine hinter dem anderen angeordnet sind, wobei
sich die Kanäle
in benachbarten Abteilungen zur Seite hin in entgegengesetzten Richtungen erstrecken.
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Um
einen guten Betrieb auch an den Seitenrandteilen des Kissens zu
gewährleisten,
können letztere
mit Kanälen
versehen sein, die sich in Ebenen erstrecken, die in einer Linie
mit der Normalrichtung liegen und mit zugeordneten seitlich schräg orientierten
Kanälen
in Verbindung stehen, die in einem Bereich zwischen diesen Randteilen
angeordnet sind. Solche Randteile sind vorzugsweise keilförmig.
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Das
Kissen oder die Kissen können
in verschiedener Weise in Bezug auf den Luftstrom angeordnet sein,
entweder so, daß die
Normalrichtung im wesentlichen in einer Linie mit einer axialen
Hauptrichtung der Luftbehandlungsanlage liegt oder mit der Normalrichtung
in einem schiefen Winkel zu einer solchen axialen Hauptrichtung.
Stattdessen kann die Luftbehandlungsanlage mit zwei oder mehr Einlaßbereichen
versehen sein, die jeder eine spezifische Einlaßflußrichtung haben. Im letzteren
Fall ist es vorteilhaft, zwei oder mehr Kissen aneinander in einer Zick-Zack-Anordnung
in jedem Einlaßbereich
anzuordnen.
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Die
Erfindung wird im folgenden weiter erläutert. In Bezug auf die beigefügten Zeichnungen,
welche einige bevorzugte Ausführungsformen
einer erfindungsgemäßen Luftbehandlungsanlage
zeigen.
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1 zeigt eine Schnittansicht
einer ersten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Luftbehandlungsanlage
mit einem Luftrohr, das mit einem Kühlkissen und einem Tröpfchenseparator
versehen ist;
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2 zeigt in perspektivischer
Ansicht das Kühlkissen,
das in der Luftbehandlungsanlage der 1 enthalten
ist;
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3 zeigt schematisch einen
Querschnitt des in 2 gezeigten
Kissens (der Schnitt ist parallel zu den gewellten Blättern des
Kissens geführt);
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4 zeigt ebenfalls schematisch
eine Draufsicht des Kissens, das mit keilförmigen Seitenrandteilen versehen
ist;
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5 zeigt ebenfalls schematisch
eine Draufsicht eines Kissens mit zwei Abschnitten mit Kanälen, die
sich seitlich schräg
in entgegengesetzten Richtungen erstrecken;
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6 zeigt schematisch eine
Draufsicht einer zweiten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Luftbehandlungsanlage;
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7 und 8 zeigen modifizierte Ausgestaltungen
der zweiten Ausführungsform
der 6;
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9 zeigt in schematischer
perspektivischer Ansicht eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Luftbehandlungsanlage;
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10 zeigt einen Querschnitt
der Anlage der 9.
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Die
in 1 gezeigte Luftbehandlungsanlage
umfaßt
eine sich längs
erstreckende Luftrohrleitung 1, in der eine Luftbehandlungsanlage
mit einem Kühl-
und Befeuchtungskissen 10 und einem Tröpfchenseparator 20 eingebaut
ist, wobei letzterer stromabwärts
vom Kühl-
und Befeuchtungskissen 10 angeordnet ist, wie gezeigt in
einer axialen im wesentlichen horizontalen Hauptrichtung, die durch
die Pfeile P in 1 angegeben
ist. Ein nicht gezeigtes Gebläse
ist eingebaut, um einen durch die Luftbehandlungsanlage fließenden stetigen
Luftstrom aufrechtzuerhalten.
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Wie
an sich bekannt ist das Kühl-
und Befeuchtungskissen 10 von einem Metallrahmen 11 z. B.
aus rostfreiem Stahl oder Aluminium gehalten. In ähnlicher
Weise ist das Tröpfchenseparatorkissen 20 von
einem Rahmen 21 gehalten. Obgleich in 1 nicht gezeigt ist ein Wasserversorgungssystem
mit Düsen
vorgesehen, um Wasser auf die obere Fläche des Kühl- und Befeuchtungskissens 10 zu
gießen.
So wird wie an sich bekannt, s. z. B. die schwedische Patentanmeldung
Nr. 9700968-2, das Kissen 10 kontinuierlich oder wenigstens
häufig
mit Wasser getränkt,
um es in all seinen Teilen dauernd feucht zu halten. Das der oberen
Fläche
des Kissens zugeführte
Wasser läuft
durch die Kanäle
den ganzen Weg bis zum Boden, um die Kanalwände jederzeit feucht zu halten.
Etwas Überschußwasser
wird in einem Ablaufgefäß 30 gesammelt,
das unter den Kissen 10 und 20 angeordnet ist.
Das Ablaufgefäß 30 fängt auch
Wasser vom Tröpfchenseparator 20 auf.
Letzterer hat oben keine Wasserzufuhr sondern fängt nur Wassertröpfchen auf,
die in dem mit verhältnismäßig hoher
Geschwindigkeit vom Kissen 10 ausströmenden Luftstrom enthalten
sind.
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In
der in 1 gezeigten Luftbehandlungsanlage
tritt der in Richtung der Pfeile P in die Anlage strömende Luftstrom
durch das Kühl-
und Befeuchtungskissen 10, wo die Luft durch Verdampfung
von Wasser in den Luftdurchflußkanälen abgekühlt und befeuchtet
wird. Wenn sie aus dem Kissen 10 ausströmt, enthält die Luft einige Wassertröpfchen,
die jedoch im Tröpfchenseparator 20 absorbiert
werden.
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Die
Grundstruktur der Kissen 10 und 20 ist in den 2, 3 und 4 erläutert.
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Das
Kissen 10 ist hergestellt aus abwechselnd angeordneten
gewellten Blättern
aus Zellulosematerial, das chemisch mit speziellen Verbindungen imprägniert ist,
um Verrottung zu verhindern und das Material steif und unbrennbar
zu machen. Die Wellen sind so orientiert, daß die dadurch gebildeten Kanäle in irgend
zwei nebeneinanderliegenden oder benachbarten Blättern in verschiedene Richtungen
orientiert sind, wie die Blätter 12 und 13 in 2. Besonders können, vgl. 3, die Kanäle jedes
zweiten Blattes nach oben in einem steilen Winkel von z. B. 60° geneigt
sein, während
die Kanäle
der dazwischen angeordneten Blätter
nach unten in einem Winkel von etwa 30° geneigt sind, gesehen in vertikalen
Ebenen, die parallel zum jeweiligen Blatt 12, 13 sind.
An den Punkten, wo die Wellen einander kreuzen, sind die benachbarten
Blätter 12, 13 fest
zusammengehalten durch Klebstoff, der bei der Herstellung des Kissens aufgebracht
ist.
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Erfindungsgemäß sind alle
Blätter
der Kissen 10 und 20 wenigstens in deren Mittelteil
wie in 4 gezeigt nach
der Seite hin schräg
gerichtet, gesehen in einer wesentlichen horizontalen Richtung N
die normal zu den Einlaß-
und Auslaßflächen 101, 201 bzw. 102, 202 der
Kissen 10, 20 ist. In dieser Ausführungsform
erstrecken sich die Kanäle 14 und 15 ebenfalls
zur Seite hin schräg
bezogen auf die axiale Hauptrichtung P.
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Eine
solche Struktur des Kissens erbringt mehrere Vorteile, wie oben
in allgemeiner Hinsicht diskutiert.
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Für ein Kühl- und
Befeuchtungskissen, wie das Kissen 10 (s. 4) beträgt der feste Winkel α der seitlichen
Schrägstellung
vorzugsweise 30°–60°, typischerweise
40°–50°, relativ
zur Richtung N, die normal zu den Einlaß- und Auslaßflächen 101, 102 ist.
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Für einen
Tröpfchenseparator,
wie das Separatorkissen 20, sollte andererseits der entsprechende
Winkel α kleiner
sein, besonders 5°–30°, am meisten
bevorzugt 10°–20°.
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Wie
für den
Fachmann ersichtlich sollte der besondere Winkel im Hinblick auf
die besonderen Abmessungen des Kissens gewählt werden. Ein typisches Kühl- und
Befeuchtungskissen kann eine Länge
von 50–200
cm, eine Breite von 60 cm und eine Dicke von 2,5–30 cm haben. Entsprechend
kann ein typisches Tröpfchenseparatorkissen
eine Länge
von 50–200
cm, eine Breite von 60 cm und eine Dicke von 2,5–30 cm haben.
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Um
zu gewährleisten,
daß das
gesamte Kissen im Betrieb wirksam ist, ist es vorteilhaft, keilförmige Seitenrandteile
anzuordnen mit Kanälen,
die sich senkrecht zu den Einlaß-
und Auslaßflächen 101, 102 erstrecken,
wie in 4 gezeigt. Auf
diese Weise wird die seitlich in Richtung auf den Seitenrand des
Kissens strömende
Luft, nach rechts in 4,
in die geraden Kanäle
des Seitenrandteils 16 abgelenkt. Entsprechend stehen auf
der linken Seite in 4 die
Kanäle
des entgegengesetzten Seitemandteils 17 mit den Kanälen 14, 15 des
Mittelteils des Kissens in Verbindung. Auf diese Weise kann das
gesamte Kissen die Gestalt eines quaderförmigen Blocks haben, der leicht
in einen rechteckigen Rahmen paßt,
wie die Rahmen 11, 21 in 1.
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Eine
andere mögliche
Abwandlung ist, zwei oder mehr Kissenabteilungen die eine nach der
anderen in der axialen Hauptrichtung anzuordnen, wie schematisch
in 5 gezeigt, wo die
Kanäle
der ersten Abteilung 10a zur Seite hin schräg in einer
ersten Richtung dagegen die Kanäle
der anderen Abteilung 10b zur Seite hin schräg in der
entgegengesetzten Richtung angeordnet sind.
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Eine
zweite Ausführungsform
der Erfindung, wie in den 6–8 gezeigt, sieht für jedes
Kissen eine schräge
Ausrichtung in einer Luftrohrleitung vor, wo ein Luftstrom in einer
Hauptrichtung P fließt.
In 6 ist ein einziges
Kissen 10 schräg
angeordnet, so daß der
Luftstrom P in einem Winkel β relativ
zu der zur Einlaßfläche 101 des
Kissens normalen Richtung N auftrifft. Vorzugsweise jedoch nicht
notwendigerweise ist der Winkel β im
we sentlichen gleich dem Winkel α zwischen
den Blättern 12, 13 welche
das Kissen 10 bilden, und der normalen Richtung N. Auf diese
Weise sind die Kanäle
im Kissen 10 im wesentlichen auf die axiale Hauptrichtung
P des Luftstroms in der Luftrohrleitung ausgerichtet. Es hat sich
gezeigt, daß eine
solche Anordnung besonders wirkungsvoll ist, und sehr hohe Luftgeschwindigkeiten wie
bis zu etwa 4 m/s oder sogar mehr ermöglicht. Mit solchen Luftgeschwindigkeiten
werden der Wirkungsgrad und die Kapazität der Anlage weiter gesteigert.
Das kann erklärt
werden durch die Tatsache, daß obgleich
der Druckabfall wegen des längeren Weges
für die
durch jeden schräggerichteten
Kanal fließenden
Luftstrom etwas zunimmt, die größere effektive
Oberfläche
in den Luftdurchflußkanälen in einem
gegebenen Volumen des Kissens und die erhöhte Luftgeschwindigkeit insgesamt
eine Verbesserung ergeben.
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Der
Winkel β zwischen
der Hauptrichtung P des Luftstroms in der Luftrohrleitung und der
Richtung N, die normal zur Einlaßfläche 101 des Kissens 10 ist,
sollte 20° bis
60°, vorzugsweise
30° bis
60° und
am meisten bevorzugt 40° bis
50°, besonders etwa
45° betragen.
Wie oben erwähnt
muß der
Winkel β nicht
notwendigerweise mit dem Winkel α übereinstimmen.
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Die
Dicke des Kissens liegt normalerweise im Bereich 2,5–30 cm.
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Es
ist oft vorteilhaft, besonders im Fall daß die Luftrohrleitung verhältnismäßig weit
ist, zwei oder mehr Kissen 10 aneinander anzuordnen, um
eine V-Konfiguration, wie in 7 gezeigt
oder eine Zick-Zack-Konfiguration wie in 8 gezeigt zu bilden.
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Gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung, wie in den 9 und 10 gezeigt, kann die Einlaßfläche der
Luftbehandlungsanlage in zwei oder mehr Einlaßbereiche unterteilt werden,
die jeder eine spezifische Einlaßrichtung haben. Die gezeigte
Ausführungsform
weist eine kastenförmige
Anlage mit vier Seitenwänden
auf, die je von einem Kissen 10 gebildet sind. An einer
Endwand 40 der Anlage, der oberen Wand in 9, befindet sich ein Absauggebläse 50,
das durch die Seitenwandkissen 10 Luft in das Innere der
Anlage saugt und durch die obere Endwand ausbläst. Die untere Endwand, die
in der Zeichnung nicht gezeigt ist, kann von einem Kissen oder einer
geschlossenen Wand gebildet sein.
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Wie
in 10 gezeigt, strömt die Luft
in die Anlage in verschiedenen Einlaßflußrichtungen P1, P2, P3 und
P4, von denen jede senkrecht zum jeweiligen Seitenwandkissen 10 ist,
in den verschiedenen Einlaßbereichen
(benachbart den vier Seiten der kastenförmigen Anlage).
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Im
allgemeinen ist es gemäß der dritten
Ausführungsform
der Erfindung selbstverständlich
möglich,
in jedem Einlaßbereich,
der eine im wesentlichen horizontale Haupteinlaßfließrichtung hat, zwei oder mehr
Kissen aneinander in einer V- oder Zick-Zack-Konfiguration anzuordnen,
d. h. ähnlich den
in 6–8 gezeigten
Konfigurationen.
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Darüber hinaus
kann die Struktur des Kissens in der erfindungsgemäßen Luftbehandlungsanlage
in verschiedener Weise im Rahmen der beigefügten Ansprüche abgewandelt werden. Beispielsweise
kann der in 3 angegebene
Winkel, d. h. der Neigungswinkel in den vertikalen Ebenen der gewellten
Blätter
verändert
werden, solange die Wellen einander so kreuzen, daß eine stabile
und starre Struktur gebildet wird. Auch kann das steife Material, welches
das Kissen bildet, auf viele Weisen modifiziert werden, beispielsweise
wie oben angegeben.
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Eine
weitere mögliche
Abwandlung ist es, das Kissen nur als Filter zum Abfangen von festen Teilchen
oder Flüssigkeitsteilchen
zu verwenden, die in einem Luftstrom enthalten sind. Statt das Kissen mit
Wasser zu spülen,
ist es denkbar, auf jedem gewählten
Blatt eine Klebschicht anzubringen. Die Teilchen oder Tröpfchen werden
dann dauerhaft von der Kissenstruktur aufgefangen, die als ein austauschbares
Filter dient.