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Dokumentenidentifikation DE69215222T2 27.03.1997
EP-Veröffentlichungsnummer 0588910
Titel VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG DES GESAMTDURCHFLUSSES IN EINER BELÜFTUNGSANLAGE
Anmelder ABB Fläkt AB, Stockholm, SE
Erfinder STARK, Torgil, S-199 32 Enköping, SE
Vertreter May, H., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 80538 München
DE-Aktenzeichen 69215222
Vertragsstaaten BE, CH, DE, DK, FR, GB, LI, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 12.06.1992
EP-Aktenzeichen 929128619
WO-Anmeldetag 12.06.1992
PCT-Aktenzeichen SE9200415
WO-Veröffentlichungsnummer 9222791
WO-Veröffentlichungsdatum 23.12.1992
EP-Offenlegungsdatum 30.03.1994
EP date of grant 13.11.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.03.1997
IPC-Hauptklasse G01F 1/34
IPC-Nebenklasse G01F 5/00   F04D 27/00   F24F 11/04   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Belüftungsanlage mit einem Sauggebläse und einer Einrichtung zur Bestimmung der Gesamtdurchflußrate.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Anlage, die mit einem Säuggebläse mit einem Gebläselaufrad&sub1; einer Gebläseeinlaßöffnung sowie einer Gebläseauslaßöffnung, wobei die Gebläseauslaßöffnung mit einem Röhrensystem verbunden ist und die Gebläseeinlaßöffnung zum freien Ansaugen von Umgebungsluft geeignet und durch einen ringförmigen Einlaßabschnitt gebildet ist, der um eine zentrale Achse zentriert und in Strömungsrichtung derart verjüngt ist, daß er einströmende Luft axial und radial zu dem Gebläselaufrad führt, und eine Einrichtung zum Bestimmen der Gesamtdurchflußrate durch die Belüftungsanlage umfaßt, wobei die Einrichtung zum Bestimmen der Durchflußrate in der Nachbarschaft der Gebläseeinlaßöffnung angeordnet ist. Eine solche Vorrichtung ist aus der EP-A1-0 419 798 (Gebhardt Ventilatoren GmbH) bekannt.

Die Leistung von Belüftungsanlagen hängt zu einem wesentlichen Grad von der Gesamtdurchflußrate ab. Auch ist in jeder Belüftungsanlage eine gegebene Minimaldurchflußrate erforderlich, um das gewünschte Innenraumklima zu erreichen, insbesondere in Hinsicht auf niedrige Verschmutzungsanteile in der Raumluft und die gewünschte Raumtemperatur durch die geregelte Wärmezufuhr oder Kühlung mit Luft.

Je höher die Anforderungen an das Innenraumklima sind, desto wichtiger ist es, daß die Gesamt- und Partialdurchflüsse in der Belüftungsanlage gemessen, überwacht und geregelt werden können. Nimmt die Gesamtdurchflußrate von einer Zentraleinheit um 10% ab, dann nehmen die Partialdurchflüsse zu jedem Raum ebenfalls um 10% ab. Ist demnach eine Dberwachung der Gesamtdurchflußrate möglich, dann lassen sich auch die Partialdurchflüsse in der gesamten Belüftungsanlage indirekt überwachen.

Zum Messen von Durchflüssen, inbesondere von Partialdurchflüssen sind verschiedene Verfahren bekannt; diese Verfahren erfordern aber entweder einen zusätzlichen Druckabfall mit begleitendem höherem Energiebedarf, Erzeugung von Geräuschen und höheren Betriebskosten, oder aber sie erfordern hohe Durchflußraten, um eine ausreichende Meßgenauigkeit zu erreichen. In Belüftungsleitungen sind solche hohen Durchflußraten normalerweise nicht vorhanden, und außerdem liegen häufig Hindernisse vor, z.B. in Form von Biegungen nahe am Meßpunkt. Deshalb läßt sich mit bestimmten einfachen Durchflußmessern wie sogenannten Prandtl-Rohren (die den dynamischen Druck, d.h. die Differenz zwischen dem Gesamtdruck und dem statischen Druck messen) oder auf Temperatur ansprechenden elektrischen Bauteilen (z.B. einem Widerstand, dessen Widerstandswert von der Temperatur und damit auch von der Durchflußrate der Kühlluft abhängt) allgemein keine ausreichende Meßgenauigkeit erreichen. Für eine zufriedenstellende Meßgenauigkeit innerhalb eines weiten Durchflußbereichs ist es ferner erforderlich, daß der Durchflußsmesser in einem geraden Röhrenabschnitt mit einer Länge von 5 Röhrendurchmessern vor und etwa 3 Röhrendurchmessern hinter dem Meßpunkt angeordnet ist.

Wie oben angedeutet, kann die Durchflußrate in einer Belüftungsanlage nach dem Stand der Technik auf der Grundlage von Druckabfallmessungen bestimmt werden, die an verschiedenen Orten in der Belüftungsanlage durchgeführt werden können, z.B. in einem mit einer Zentraleinheit verbundenen Röhrensystem, wie dies in der veröffentlichten schwedischen Patentanmeldung SE-A- 8704163-8 (AB Bahco Ventilation) vorgeschlagen ist. Hier wird eine Druckdifferenz über ein Bauteil in dem Röhrensystem mit Hilfe von Druckmeßauslässen gemessen, wobei der Druckabfall über das Bauteil dann dem Quadrat des Durchflusses (des Volumenstroms pro Zeiteinheit) proportional ist. Die Druckmeßauslässe sind über Schläuche mit einer Druckerfassungseinrichtung in einem Meßgerät mit einem Zeiger zur visuellen Anzeige des Durchflusses verbunden. Dieses Meßverfahren leidet jedoch an dem Nachteil, daß eine vergleichsweise mäßige Meßgenauigkeit erhalten wird, teils aufgrund der vergleichsweise niedrigen Durchflußrate in den Röhren und teils aufgrund von Schwierigkeiten bei der praktischen Installation.

Ein weiteres Verfahren zur Durchflußbestimmung ist in der schwedischen Patentanmeldung SE-C-455 442 (AB Bahco Ventilation) beschrieben. In diesem Fall ist ein Filter in einer Zentraleinheit gegen zwei perforierte Platten ausgetauscht, die als Verengungseinrichtung dienen, wobei dann Drucksensoren zum Messen der verschiedenen Druckabfälle dienen, die einerseits bei eingesetztem Filter und andererseits mit den Verengungsplatten stattfinden. Auf der Grundlage der Durchflüsse, die mit den Verengungsplatten in einer ähnlichen Einheit bereits gemessen wurden, wird die Durchflußrate intrapoliert oder extrapow liert, wenn das Filter eingesetzt ist, z.B. graphisch mit Hilfe eines Diagramms.

Dieses Verfahren ergibt ebenfalls eine vergleichsweise mäßige Meßgenauigkeit, und es läßt sich nicht für eine kontinuierliche Messung während des Betriebs der Anlage verwenden, wenigstens nicht ohne beträchtliche Komplikationen und Personaleinsatz.

Ein weiteres bekanntes Verfahren ist in der veröffentlichten schwedischen Patentanmeldung SE-A-8701663-0 (Fläkt AB) beschrieben, wo die Druckabfallmessung an der Ansaugseite eines Sauggebläses in einer Belüftungsanlage durchgeführt wird.

Das Gebläse ist in einem Vorrichtungsgehäuse angeordnet und an der Druckseite mit einem Röhrensystem verbunden. Eine Verengungseinrichtung ist im Einlaßabschnitt des Gehäuses an der Ansaugseite des Gebläses angeordnet und weist zwei Druckabgriffstellen auf, die mit einer Differentialdruckanordnung verbunden sind, um den Druckabfall und die Durchflußrate zu bestimmen.

Die Verengungseinrichtung, z.B. in Form von verstellbaren Ablenkblechen, ist zwischen einer vollständig geöffneten und einer maximalen Verengungsposition, d.h. der Meßposition verstellbar, womit es möglich wird, einen empirischen Graph der Beziehung zwischen der in der Meßposition gemessenen Druckdifferenz und der entsprechenden Durchflußrate zu bestimmen.

Diese bekannte Vorrichtung erfordert also eine beträchtliche Verengung der Gesamtdurchflußrate während der Messung, während sich die Vorrichtung in Betrieb befindet, woraus sich ein höherer Energiebedarf, höhere Betriebskosten und störende Geräusche ergeben.

Sowohl bei der Messung der Gesamtdurchflußrate in oder in Verbindung mit einer Klimaanlageneinheit (Vorrichtungsgehäuse) als auch bei der Messung der Partialdurchflüsse in Röhren war es deshalb erforderlich, einen Kompromiß zwischen Energiebedarf und Meßgenauigkeit zu finden. Bis jetzt wurde kein geeignetes Verfahren zur einfachen Bestimmung der Gesamtdurchflußrate in einer Belüftungsanlage angegeben. Man hat einen Versuch unternommen, den Druckabfall in einer Meßkammer zu messen, die mit Verengungen versehen war und im Auslaßteil eines Gebläses lag (PCT/FI88/00149, Veröffentlichung Nr. W089/02581 - Ilmaterä), aber selbst dieses Verfahren erwies sich wegen der komplizierten Vorrichtung und vergleichsweise hoher Kosten als ungeeignet.

Es wurden auch Versuche unternommen, die lokale Durchflußrate in der Nachbarschaft der Einlaßöffnung eines Gebläses zu messen; vgl. EP-A1-0 419 798 (Gebhardt Ventilation GmbH, in der Einleitung erwähnt) sowie JP-A-59 13 1116 (Nihon Furooseru K.K.). In beiden Fällen wird die Messung mittels eines in dem ringförmigen Einlaßwandabschnitt vorgesehenen Abgrifflochs sowie einer angrenzenden Leitung oder eines Schlauchs durchgeführt, um den statischen Druck an der Oberfläche des Einlaßwandabschnitts des Gebläses zu messen. Allerdings ist die Luftströmung in dem der Oberfläche des Einlaßwandabschnitts am nächsten liegenden Bereich etwas unregelmäßig und möglicherweise Reibungsstörungen unterworfen, die von der genauen geometrischen Ausgestaltung und der Glattheit der Oberfläche und der Durchflußrate abhängen. Deshalb steht der auf eine solche Art gemessene statische Druck allgemein nicht für die Gesamtdurchflußrate, insbesondere wenn bei konstanter Drehzahl des Gebläses eine Dämpfersteuerung verwendet wird. Selbstverständlich kann ein solches Verfahren nur angewandt werden, nachdem der Innenaufbau üblicher Gebläse geändert wurde. Ebenso besteht die Gefahr, daß die Abgrifflöcher verstopfen, die in dem Einlaß freiliegend sind.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gebläsegetriebene Belüf tungsanlage vorzusehen, die die Messung der Gesamtdurchflußrate ohne Verwendung einer speziellen Verengungseinrichtung ermöglicht, die die Gesamtdurchflußrate in einem wesentlichen Grad beeinträchtigen würde, sowie ohne Verwendung von speziell veränderten Gebläsen mit einern speziell ausgelegten Einlaßabschnitt und internen Meßeinrichtungen, während gleichzeitig innerhalb eines weiten Strömungsbereichs zuverlässige Meßergebnisse erhalten werden, und zwar unabhängig von irgendwelchen Störungen oder Verengungen, die in verschiedenen Teilen der Belüftungsanlage vorliegen können. Die Vorrichtung soll also allgemein in gebläsegetriebenen Belüftungsanlagen zu verwenden sein und selbst in bestehenden Anlagen durch einfache und kostengünstige Mittel gute Meßergebnisse liefern.

Weitere Aufgaben liegen darin, mit einfachen Mitteln und bei niedrigen Kosten sowohl bei der Montage als auch beim Betrieb und bei der Wartung der Belüftungsanlage eine zuverlässige Durchflußmessung zu ermöglichen. Außerdem soll es möglich sein, die Vorrichtung zu verwenden, ohne daß vorn Personal anspruchsvolle Arbeit, beispielsweise bei der regelmäßigen Überwachung der Anlage erforderlich wäre.

Diese Aufgaben sind erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte kennzeichnende Merkmale sind in den Ansprüchen 2 - 10 angegeben.

Durchflußmeßeinrichtungen in Form von Rohren sind bereits zu verschiedenen Zwecken bekannt. So offenbaren die US-A-4 372 170 und US-A-4 468 963 Durchflußmeßrohre zum Erfassen eines Gasdurchflusses im allgemeinen bzw. eines Gasdurchflusses in einem Luftansaugrohr eines Verbrennungsmotors. Allerdings liegt keines dieser Meßrohre angrenzend an ein Gebläse oder ähnliches.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß die Einströmbedingungen für freie Sauggebläse sehr stabil sind, unabhängig davon, ob es sich um Zentrifugalgebläse (Radialgebläse) oder andere Gebläsetypen, z.B. Mischströmungsgebläse handelt. Freie Sauggebläse haben demnach einen konischen oder ansonsten nach innen verjüngten Einlaßwandabschnitt, der entweder als Teil eines Gebläsegehäuses oder in Form eines getrennten ringförmigen Elements ausgebildet ist, so daß die zu dem Gebläselaufrad strömende Luft glatt in den Einströmbereich geführt wird, der direkt zum Gebläselaufrad führt. Dieser Einströmbereich mit besonders stabiler Luftströmung ist radial im Inneren und im Abstand von dem oben erwähnten ringförmigen Einlaßabschnitt sowie axial nach außen durch eine äußere radiale Ebene begrenzt, die axial etwas außerhalb des Einlaßwandabschnitts liegt. In diesem stabilen Einströmbereich wird das Strörnungsmuster der Luft unabhängig von starken Schwankungen der Durchflußrate intakt gehalten. Gleichzeitig ist die Durchflußrate im Hauptabschnitt sehr hoch, woraus sich erheblich bessere Meßbedingungen als in den restlichen Teilen der mit dem Gebläse verbundenen Belüftungsanlage ergeben. Deshalb ist es vorteilhaft, eine Strömungsmeßeinrichtung an einem Meßpunkt anzuordnen, der in diesem stabilen Einströmbereich des Gebläses liegt.

In praktischen Tests hat man herausgefunden, daß die Vorrichtung nach der Erfindung unter anderem die folgenden Vorteile ergibt:

- zu vernachlässigende Reduzierung der Gesarntdurchflußrate (ein Druckabfall von weniger als 1% des Gesamtdrucks des Gebläses);

- einfacher Einbau, selbst bei bestehenden Anlagen;

- niedrige Einbau- und Betriebskosten;

- vielseitige Verwendbarkeit;

- sehr hohe und stabile Meßwerte (Druckwerte) mit vorteilhafter, insbesondere quadratischer Durchflußkennlinie;

- gute Meßgenauigkeit (Meßfehler weniger als ±5%) mit Dämpfersteuerung an der Druck- oder Ansaugseite des Gebläses (bei konstanter Drehzahl) sowie mit Drehzahlsteuerung des Gebläses;

- keine Geräuscherzeugung.

Die praktischen Tests wurden mit verschiedenen Gebläsegrößen (Einlaß von 110 mm bis 350 mm) und verschiedenen Typen von Gebläserädem (nach vorne sowie nach hinten abgewinkelten Schaufeln an Zentrifugalgebläsen) insgesamt mit guten Ergebnissen durchgeführt. Darüberhinaus ergab sich, daß verschiedene Störungen an der Einlaß- oder Auslaßseite des Gebläses keine Wirkung auf die Meßergebnisse hatten, z.B. normale Riemenantriebanordnungen oder sehr starke Verengungen an der Auslaßseite. So beeinträchtigte eine direkt mit dem Gebläseauslaß verbundene Biegung die Meßgenauigkeit lediglich um ±0,5%.

Bei Verwendung von Meßrohren werden die höchsten Meßdrücke erhalten, wenn das Durchflußmeßrohr axial in der Nachbarschaft des ringförmigen Einlaßwandabschnitts des Gebläses angeordnet ist, wobei die Durchflußkennlinie dann praktisch quadratisch ist. Allerdings kann der Meßpunkt auch axial etwas außerhalb des Bereichs des Einlaßwandabschnitts angeordnet sein (wie dies in Anspruch 1 angegeben ist). Dann ändert sich die Kennlinie zu einem Exponentialwert m (nach der Formel: Δp = k qm) bis zu etwa 3 oder nach unten bis zu etwa 1,7, während gleichzeitig die Meßdruckwerte (oder die Druckdifferenz Δp bei der Druckabfallrnessung, die im folgenden im einzelnen erläutert wird) niedriger sind. Die Strörnungsbedingungen sind jedoch immer noch stabil, und demnach kann die Durchflußrate nach der Eichung durchaus mit guter Genauigkeit bestimmt werden.

Die besten Ergebnisse wurden erhalten (vgl. Ansprüche 2 - 6), wenn das Meßrohr an beiden Enden offen und in der unmmittelbaren Nachbarschaft der Gebläseeinlaßöffnung angeordnet ist, wobei die Längsachse des Rohrs im wesentlichen in Strömungsrichtung orientiert ist und das Auslaßende des Rohrs im axial zentralen Abschnitt des stabilen Einströmbereichs des Gebläses liegt. Die Messung wird dann durchgeführt, indem die Partialströmung axial durch das Meßrohr erfaßt wird, wobei diese Partialdurchflußrate im wesentlichen der Gesamtdurchflußrate proportional ist.

Auf diese Weise werden also gute Meßbedingungen durch Erfassung mit einem speziellen Meßrohr gewährleistet, in dem die axiale Strömung geschützt und für verschiedene Durchflußraten gleich ist. Auch die Erfassungseinrichtung, z.B. die Druckabgrifflöcher, sind innerhalb des Rohrs gut geschützt. Bei Prüfmessungen hat man herausgefunden, daß die Partialdurchflußrate durch das Meßrohr im wesentlichen der Gesamtdurchflußrate durch das Gebläse proportional ist. Die Partialdurchflußrate durch das Meßrohr ist demnach repräsentativ und kann als Maß für die Gesamtdurchflußrate innerhalb eines weiten Durchflußbereichs verwendet werden, d.h. die Messung wird unabhängig von etwa in der Belüftungsanlage auftretenden Störungen oder Verengungen korrekt sein.

Ein solches Meßrohr sollte kleine Abmessungen und einen kleinen Durchmesser, insbesondere im Verhältnis zum Flächeninhalt der Gebläseeinlaßöffnung aufweisen, so daß der Gesamtdurchfluß durch die Einlaßöffnung durch das Meßrohr nur unwesentlich beeinträchtigt wird. Der Durchmesser des Rohrs liegt höchstens bei etwa 1/10 des Durchmessers der Gebläseeinlaßöffnung, und er liegt geeigneterweise bei 10 - 20 mm.

Bei dem oben erwähnten Einströmbereich am Gebläseeinlaß, insbesondere in dem axial inneren Abschnitt dieses Bereichs, steigt die Luftdurchflußrate im Vergleich zur Durchflußrate axial außerhalb dieses Einströmbereichs an, womit ein stärkerer statischer Unterdruck in dem Einströmbereich bewirkt wird. Das Einlaßende des Meßrohrs ist dann geeigneterweise axial außerhalb des axial zentralen Abschnitts des Einströmgebiets angeordnet, so daß zwischen den Enden des Rohrs ein Treibdruck entsteht. Damit sind hohe Durchflußraten durch das Rohr und extrem gute Meßbedingungen gewährleistet.

Der Partialdurchfluß durch das Meßrohr läßt sich im Prinzip mit Hilfe eines Durchflußsensors, z.B. in Form eines Wandlers wie einem auf Temperatur ansprechenden elektrischen Bauelement, z.B. einem Widerstand direkt messen, dessen Betriebstemperatur eine eindeutige Funktion der Kühlwirkung ist, die in Reaktion auf die Durchflußrate erhalten wurde. Allerdings ist es selbst in diesem Fall möglich, auch bestimmte andere physikalische Parameter zu erfassen, die vom Durchfluß abhängen.

Ein in der Praxis einfaches Verfahren zur indirekten Erfassung der Partialdurchflußrate durch das Meßrohr liegt darin, den Luftdruck mit Hilfe wenigstens einer Druckerfassungseinrichtung zu erfassen, die angrenzend an eine Verengung angeordnet ist, die innerhalb des Meßrohrs und im Abstand von jedem Ende liegt. Hier kann eine Druckdifferenz zwischen zwei Stellen, einer unmittelbar oberhalb und einer unmittelbar unterhalb der Verengung gemessen werden (woraus sich eine besonders hohe Druckdifferenz, nämlich bis zu etwa 600 Pa oder sogar höher und damit eine sehr gute Meßgenauigkeit ergibt), oder aber durch die Differenz des Drucks unmittelbar unterhalb der Verengung einerseits und einem Bezugspunkt außerhalb sowie oberhalb des Meßrohrs andererseits.

Bei den praktischen Tests, die unter Verwendung von Meßrohren der oben beschriebenen Art durchgeführt wurden, hat man herausgefunden, daß die Abmessungen des Rohrs und die Ausgestaltung der Verengung etwas variieren können, ohne daß sich wesentliche Änderungen der Meßwerte ergeben, d.h., die Herstellungstoleranzen sind nicht kritisch und verursachen keine hohen Kosten.

Die Luftdurchflußrate ist normalerweise radial außerhalb der zentralen Achse der Gebläseeinlaßöffnung höher als in der Nachbarschaft der zentralen Achse. Das Meßrohr (oder die entsprechende Meßeinrichtung) ist deshalb im radialen Abstand von dieser zentralen Achse angeordnet, d.h. in einem radialen Abstand, der sich auf 20 - 90% des kleinsten Radius des ringförmigen Einlaßwandabschnitts beläuft.

Bei Radialgebläsen sind die Einströmbedingungen als Ergebnis der normalerweise spiralförmig aufgeweiteten Ausgestaltung des Gebläsegehäuses in Umfangsrichtung unterschiedlich. Das beste Meßergebnis wird hier erhalten, wenn das Meßrohr oder die entsprechende Meßeinrichtung in der Nachbarschaft der Gebläseeinlaßöffnung angeordnet ist, die aus der Sicht in Umfangsrichtung im wesentlichen dem Gebläseauslaß (dem Auslaßanschluß des Gebläsegehäuses) am nächsten liegt.

Nun werden die Erfindung, ihre kennzeichnenden Merkmale und Vorteile unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen erläutert, die ein Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform veranschaulichen.

Fig.1 veranschaulicht schematisch eine Einheit in einer Belüftungsanlage, wobei die Einheit ein Gehäuse umfaßt, in dem Gebläse, Filter und ein Wärmetauscher angeordnet sind;

Fig. 2 ist eine Perspektivansicht eines Gebläses, das in der Einheit nach Fig. 1 aufgenommen ist und mit einem Meßrohr in Zuordnung zu seiner Einlaßöffnung versehen ist;

Fig. 3 ist ein axialer Teilschnitt des Gebläses nach Fig. 2 mit seinem zugeordneten Meßrohr; und

Fig. 4 ist ein axialer Schnitt durch das Meßrohr in größerem Maßstab.

In Fig. 1 ist schematisch eine Einheit 1 mit einem Wärmetauscher und Rohranschlüssen 2, 3, 4, 5 veranschaulicht, die in einer Belüftungsanlage aufgenommen ist. Die Einheit 1 liegt in einem Gehäuse 6 mit Zwischenwänden 7, 8, so daß vier getrennte Kammern 9, 10, 11, 12 gebildet sind. Die Kammer 9 ist mit dem Rohranschluß 2 für die Außenluft verbunden und nimmt ein Filter 13 zum Filtern dieser Luft auf, die man zur Kammer 12 über einen Plattenwärmetauscher 14 strömen läßt, der zentral in dem Gehäuse 6 angeordnet ist. Die Strömung wird mit Hilfe eines Zuluftgebläses 15 erreicht, und die Zuluft wird über den Rohranschluß 4 zu einem (nicht dargestellten) Röhrensystem mit einer nicht dargestellten Zulufteinrichtung geblasen, um die Zuluft in einem Gebäude zu liefern. Die Luft wird von einer ebenfalls nicht veranschaulichten Ablufteinrichtung aus dem Gebäude über ein Röhrensystem zu dem Rohranschluß 3 abgesaugt, von wo diese Luft durch ein Abluftfilter 16, die Kammer 10, den Plattenwärmetauscher 14, die Kammer 11 und durch die Wirkung eines in der Kammer 11 angeordneten Abluftgebläses 17 über den Rohranschluß 5 nach außen strömt.

Die beschriebene Belüftungsanlage ist herkömmlich und stellt nur ein Beispiel dar. In der Einleitung wurde bereits erläutert, daß bei den meisten dieser Anlagen ein Problem darin liegt, nach dem Einbau und während des Betriebs die gewünschten Durchflußraten aufrechtzuerhalten.

Nach der vorliegenden Erfindung wird die Gesarntdurchflußrate (d.h. die Zuluftdurchflußrate und/oder die Abluftdurchflußrate) in der Belüftungsanlage mit Hilfe einer Durchflußmeßeinrichtung in Form eines speziellen Meßrohres gemessen, das in unmittelbarer Zuordnung zu der Einlaßöffnung eines freien Ansauggebläses angeordnet ist.

Bei der in der Zeichnung veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform (vgl. Fig. 2 und auch Fig. 3) ist ein Meßrohr 20 an einer Klammer 21 angrenzend an die Einlaßöffnung des Zuluftgebläses 15 angebracht. Das Gebläse 15 ist ein herkömmliches Zentrifugalgebläse mit doppelten Einlässen und einem Gebläselaufrad 22, das mit Schaufeln versehen und als Doppeltrommel ausgebildet ist. Beide Teile 22a, 22b (Fig. 3) der Trommel sind durch eine gemeinsame Nabenplatte 22c verbunden, in deren Zentrum die Welle 22d (Fig. 2) des Antriebsmotors befestigt ist. Ein Gehäuse 23 umgibt das Gebläselaufrad 22 und bildet in an sich bekannter Weise eine spiralförmige, am Umfang aufgeweitete Auslaßleitung, die zu einem Gebläseauslaß 24 führt. Dieser Auslaß ist auf nicht dargestellte Weise mit dem Rohranschluß 4 in Fig. 1 verbunden.

Das Gehäuse 23 bildet an jeder Seite des Gebläselaufrades (aus der Sicht in axialer Richtung) einen axial nach innen verjüngten, abgerundeten Wandabschnitt 25 (in Fig. 2 und 3 ist nur der rechte Wandabschnitt von Fig. 3 sichtbar), der radial einen Einströmbereich 1 bildet. Der Einströmbereich I ist in axialer Richtung durch die mit A und D bezeichneten Linien begrenzt, wöbei die Linie D axial außerhalb einer Linie C (der radialen Ebene durch das äußere Ende des Wandabschnitts 25) in einem Abstand a liegt, der 30% des kleinsten Durchmessers d (an der Linie B) der Öffnung entspricht.

Die Klammer 21 weist eine abgewinkelte Platte 21a auf, die an der Seitenwand 26 des Gebläsegehäuses 23 befestigt ist, wobei eine vertikale Halteplatte 21b zum Halten des Meßrohrs 20 herunterhängt. Falls dies gewünscht wird, können die Platte 21a und/oder die Halteplatte 21b verstellbar sein, um die Position des Meßrohrs 20 zu verändern.

Das Meßrohr 20 ist so eingepaßt, daß seine Längsachse parallel zu der Zentralachse L der Einlaßöffnung und des Gebläselaufrades 22 liegt, und sein Auslaßende 20a liegt in der bevorzugten Position in dem axial zentralen Abschnitt I' (zwischen den Linien B und C) des Einströmbereichs I relativ nahe an dem Einlaßwandabschnitt 25 und im wesentlichen (in Umfangsrichtung) gegenüber dem Gebläseauslaß 24. Der Durchmesser des im wesentlichen kreisförmig-zylindrischen Meßrohrs 20 beträgt höchstens 10% des Durchmessers d der Einlaßöffnung, und das Meßrohr nimmt damit einen sehr kleinen Teil (etwa 1%) der Einlaßöffnungsfläche ein. Das Rohr ist bevorzugt etwa 5 - 10mal länger als sein Durchmesser.

Innerhalb des Meßrohrs 20 (vgl. Fig. 4) ist eine Drosselplatte 27 mit einem zentralen, kreisförmigen Durchgangsdurchflußloch 28 angeordnet, wobei die Platte etwa auf halbem Wege zwischen den Enden 20a und 20b eingesetzt ist. An jeder Seite der Drosselplatte 27 sind unmittelbar oberhalb und unterhalb zur Druckmessung zwei kleine Löcher 29, 30 in die zylindrische Wand des Rohrs gebohrt. Rohransätze 31, 32 zum Anschluß von Schläuchen 33, 34 (vgl. auch Fig. 2) sind um die jeweiligen Löcher 29, 30 befestigt.

Befindet sich das Gebläse 15 in Betrieb, dann wird Luft durch die zentrale Einlaßöffnung eingesaugt. Die Geschwindigkeit der Strömung ist am höchsten in dem radial äußeren Abschnitt des Einströmgebiets 1. Das Meßrohr 20 ist bevorzugt in diesem äußeren Abschnitt, nämlich in einem radialen Abstand r von der zentralen Achse L angeordnet, der 50 - 90%, z.B. 70% des Radius (d/2) der Öffnung entspricht. Ist der Meßdruck allerdings sehr hoch, dann kann der Meßpunkt jedoch näher an der zentralen Achse L, z.B. in einem Abstand von 20 - 50% angeordnet werden. Die Strömungsrichtung der einströmenden Luft deckt sich im wesentlichen mit der Längsachse des Meßrohrs. Ein kleiner Teil der Gesarntluftdurchflüsse strömt durch das Meßrohr 20, und die Durchflußrate dieses Partialstroms befindet sich beim Maximum, wenn das Meßrohr nach den beigefügten Figuren der Zeichnung angeordnet ist.

Mit Hilfe der Druckmeßabgrifflöcher 29, 30 und über die Schläuche 33, 34 kann eine nicht veranschaulichte Differenzdruckmeßeinrichtung jeder geeigneten Art den Druckabfalll über die Drosselplate 27 erfassen, und auf dieser Grundlage können sowohl die Partialdurchflußrate als auch die dazu proportionale Gesamtdurchflußrate bestimmt werden. Der Druckabfall wird relativ stark sein, da der oberhalb der Drosseiplatte 27 in dem Druckabgriffloch 31 erfaßte Druck etwas höher als der statische Druck in einem größeren Abstand oberhalb der Drosselplatte 27 innerhalb des Rohrs sein wird, z.B. am Punkt P1 in Fig. 4, und der unterhalb der Drosselplatte 27 in dem Druckabgriffloch 30 erfaßte Druck ist etwas niedriger als der statische Druck in einem größeren Abstand unterhalb der Drosselplatte 27 innerhalb des Rohrs, d.h. am Punkt P2 in Fig. 4. Dieser Anstieg des Druckabfalls an einer Drosselplattte innerhalb des Rohrs ist an sich bekannt, läßt sich aber in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft verwenden. Dementsprechend lassen sich innerhalb eines weiten Durchflußbereichs sehr gute Meßergebnisse erhalten.

Die Erfindung läßt sich im Rahmen der folgenden Ansprüche vielfältig verwenden. Mit "freiem Ansauggebläse" ist jedes Gebläse gemeint, d.h. ein Zentrifugalgebläse, ein Axial- oder Mischgebläse, das an der Ansaugseite einen freien Einlaß aufweist und demnach an der Ansaugseite nicht direkt mit einer Röhre verbunden ist. Andererseits kann das Gebläse natürlich in einer Gehäusekammer untergebracht werden, die ihrerseits an der Ansaugseite mit einer Röhre verbunden ist, wie dies in Fig. 1 der Fall ist.

Der Ausdruck "Belüftungsanlage" soll für jede Vorrichtung oder jedes System stehen, das mit dem fraglichen Gebläse verbunden ist. Dabei kann es sich um eine sehr einfache Anordnung oder ein komplizierteres System von Röhren an der Ansaug- sowie der Druckseite mit zugeordneten Endeinrichtungen und weiterer Ausrüstung handeln

Mit "Einlaßöffnung" ist jede Einlaßöffnung gemeint, durch die Umgebungsluft in das Gebläse gesaugt wird. Zentrifugalgebläse besitzen wie bei dem Beispiel der Ausführungsform häufig gegenüberliegende Einlaßöffnungen, und in solchen Fällen kann eine Durchflußmeßeinrichtung angrenzend an eine oder beide Einlaßöffnungen angeordnet sein. Selbstverständlich können auch mehr als eine Durchflußmeßeinrichtung an der gleichen Einlaßöffnung angeordnet sein. Werden zwei oder mehr Durchflußmeßeinrichtungen verwendet, dann läßt sich auf geeignete Weise ein Mittelwert aus den gemessenen Größen bilden.

Statt der Montage des Meßrohrs an einer Klammer können auch wie Speichen angeordnete radiale Haltearme verwendet werden. Das Durchflußmeßrohr kann alternativ an einem Wellengestell für das Gebläselaufrad aufgehängt sein, z.B. bei riemengetriebenen Gebläsen.


Anspruch[de]

1. Belüftungsanlage mit einem Zentrifugalsauggebläse (15) mit einem Gebläselaufrad (22), das an einer Welle (22d) derart angebracht ist, daß es um eine zentrale Achse (L) gedreht werden kann, einem Gebläsegehäuse (23) mit einer an der Achse (L) zentrierten Gebläseeinlaßöffnung (25) sowie einer Gebläseauslaßöffnung (24), die radial außerhalb des Gebläselaufrades (22) liegt und mit einem Röhrensystern (4) verbunden ist, wobei das Gebläse zum freien Einsaugen von Umgebungsluft durch die Einlaßöffnung geeignet ist, wobei die Einlaßöffnung durch eine ringförmige Wand (25) gebildet ist, die in Strömungsrichtung derart verjüngt ist, daß sie einströmende Luft axial und radial zu dem Gebläselaufrad (22) führt, und die eine Einrichtung zum Bestimmen der Gesamtdurchflußrate durch die Belüftungsanlage umfaßt, wobei die Einrichtung zum Bestimmen der Durchflußrate in der Nachbarschaft der Gebläseeinlaßöffnung (25) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Einrichtung (26) zur Bestimmung der Durchflußrate ein Meßrohr (20) aufweist, dessen Längsachse im wesentlichen in Strömungsrichtung orientiert ist, und das ein offenes Ende (20a) zum Erfassen einer repräsentativen, lokalen Luftdurchflußrate oder eines entsprechenden Drucks an einem Meßpunkt (20a) aufweist, dessen radiale Position radial innerhalb der ringförmigen Wand (25) in einem radialen Abstand (r) von der zentralen Achse (L) liegt, wobei der radiale Abstand (r) zwischen 20% und 90% des kleinsten Radius (d/2) der ringförmigen Wand (25) beträgt, und dessen axiale Position entweder innerhalb der axialen Ausdehnung der ringförmigen Wand oder stromaufwärts von der Oberkante der ringförmigen Wand in einem Abstand liegt, der 30% des kleinsten Durchmessers der ringförmigen Wand nicht überschreitet;

- das Meßrohr (20) an einer Klammer, die an der Seitenwand (26) des Gebläsegehäuses befestigt ist, an einem radialen Hältearm oder an einem Wellengestell für das Gebläselaufrad (22) angebracht ist; und

- das offene Ende (20a) des Meßrohrs (20) einen Durchmesser aufweist, der nicht mehr als 20% des kleinsten Radius (d/2) beträgt.

2. Belüftungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßrohr (20) an beiden Enden offen ist, wobei die Erfassungseinrichtung (29, 30) innerhalb des Meßrohrs angeordnet ist, um die Partialdurchflußrate der axial durch das Durchflußrneßrohr strömenden Luft zu erfassen, wobei dieser Partialdurchfluß im wesentlichen zu der Gesarntdurchflußrate proportional ist.

3. Belüftungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßrohr (20) derart angeordnet ist, daß sein Einlaßende (20b) axial außerhalb des ringförmigen Einlaßwandabschnitts (25) liegt.

4. Belüftungsanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Meßrohrs (20) zwischen seinen Enden eine Verengung (27, 28) angeordnet ist, und daß wenigstens eine Druckerfassungseinrichtung (29, 30) angrenzend an die Verengung angeordnet ist.

5. Belüftungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Druckerfassungseinrichtungen (29, 30) unmittelbar stromaufwärts bzw. stromabwärts von der Verengung angeordnet sind.

6. Belüftungsanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerfassungseinrichtung angrenzend an die Verengung ein oder zwei Abgrifflöcher (29, 30) aufweist, die mit einer Differenzdruckmeßvorrichtung in Verbindung stehen.

7. Belüftungsanlage nach einem der Ansprüche 4- 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verengung eine ringförmige Drosselplatte (27) mit einem zentralen Durchgangsloch (28) aufweist.

8. Belüftungsanlage nach einem der Ansprüche 4 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßrohr (20) kreisförmig-zylindrisch und das Durchgangsloch (28) kreisförmig ist.

9. Belüftungsanlage nach einem der Ansprüche 2 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßendabschnitt (20b) des Meßrohrs (20) konisch aufgeweitet ist.

10. Belüftungsanlage nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßrohr (20) in der Nachbarschaft des Abschnitts der Gebläseeinlaßöffnung (25) liegt, der aus der Sicht vom Umfang im wesentlichen der Gebläseauslaßöffnung (24) am nächsten angeordnet ist.







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