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Luftbefeuchter Die Erfindung betrifft einen Luftbefeuchter mit einem den Strom von zu befeuchtender Luft führenden Mantel, innerhalb welchem mindestens eine Wasserzer- stäubungsdüse und ein schnelldrehender, glockenförmiger Rotor angeordnet sind, wobei der Rotor das entgegengesetzt, zur Hauptströmungsrichtung der Luft auf die zentrale Partie seiner Innenoberfläche aufgespritzte Wasser verteilt und in Form von Tröpfchen an die Luft abgibt.
Bei einem bekannten Luftbefeuchter dieser Art besteht der glockenförmige Rotor (der an seinem Umfang einen Kranz von Gebläseschaufeln trägt) aus einem Bauteil, dessen Innenoberfläche aus einem flachen zentralen Abschnitt, einem sich unter einem Winkel von etwa 70 zur Rotorachse konisch erweiternden Zwischenabschnitt und einem zylindrischen Mantelabschnitt zusammengesetzt ist. Dieser Mantelabschnitt ist an einem dünnwandigen Ringfortsatz ausgebildet, der von einer Vielzahl von feinen, in mehreren Reihen angeordneten Löchern durchsetzt ist.
Dies hat zur Folge, dass das aufgespritzte Wasser wegen der ungünstigen Form der Innenoberfläche wellenartig, also in zeitlich an- und abschwellender Menge zum Mantelabschnitt gelangt, ferner dass das dort ankommende Wasser bei seinem Durchtritt durch die feinen Löcher in Tröpfchen unterteilt wird, die in luftbefeuchtungstechnischer Hinsicht als sehr gross betrachtet werden müssen.
Diese groben Tröpfchen werden dann in die am Rotor ungefähr in achsparalleler Richtung vorbeiströmende Luft abge- schleudert und von dieser sogleich weit weg getragen, wobei wohl ein Teil der in den Tröpfchen enthaltenen Wassermenge verdunstet, aber viele Resttröpfchen sich auf der Wandung des Luftkanals und/oder der in diesem angeordneten Klimaanlageteile niederschlagen.
Es hat sich, wie den Fachleuten bekannt ist, als recht schwierig erweisen, über eine kurze Strecke hinter einem Luftbefeuchtungsapparat eine weitgehend vollständige Verdunstung einer im Verhältnis zur verarbeiteten Luftmenge grossen Wassermenge zu erreichen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Problem mit :einem verhältnismässig kleinen Bauaufwand einer Lösung zuzuführen. Erfindungsgemäss soll dies dadurch erreicht werden, dass der Rotor nebst einem zentralen glockenförmigen Teil, der eine ununterbrochene, ungelochte und - abgesehen vom.
Zentralabschnitt - sich unter einem Winkel von annähernd 30 zur Rotordrehachse erweiternde Innenoberfläche hat, mindestens einen Mantelteil aufweist, der mit dem glockenförmigen Teil durch Stege fest verbunden, aber durch einen ringförmigen Luftspalt von ihm getrennt ist, wobei der Aussenrand aller dieser Teile messer- schneidenartig ausgebildet ist, und ferner dadurch gekennzeichnet, dass sich in dem unmittelbar hinter und innerhalb der erwähnten Rotorteilen nur die Wasserzerstäubungsdüse(n) und die zugehörige(n) Wasserzu- fuhrleitung(en) befinden.
Die Erfindung wird anhand beiliegender Zeichnung beispielsweise erläutert.
Die einzige Figur zeigt das Ausführungsbeispiel im Aufriss, teilweise im Längsschnitt.
Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel ist ein Kanalluftbefeuchter, d. h. ein Luftbefeuch- ter, der zwischen Abschnitte eines Kanals eingeschaltet ist, durch den der Strom von zu befeuchtender Luft geleitet ist. Dieser Kanal-Luftbefeuchter weist ein gleichsam einen Mantel bildendes Gehäuse auf, zu dem ein Gerippe 1 mit Anschlussflanschen la, 1b und lösbar angebracht Wände, nämlich eine Deckenwand 2, ein aus den Abschnitten 3 und 4 bestehender Boden und auf jeder Seite eine in Abschnitte 5 und 6 unterteilte Seitenwand, gehören, wobei der Bodenabschnitt 3 eine Wassersammelwanne mit Ablaufstutzen 7 bildet.
In der Nähe des stromabwärtigen Anschlussflansches la ist im Gehäuse ein Strömungsgleichrichter 8 befestigt, der in herkömmlicher Weise aus sich kreuzenden Blechen besteht. Näher beim stromaufwärtigen Anschluss- flansch 1b ist an den oberen Längsträgern des Gehäusegerippes 1 ein Paar von querverlaufenden U-Trägern 9 befestigt.
An diesen ist mittels handelsüblicher geräusch-
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dämpfender Blöcke 10 ein L-förmiger Support 11 befestigt, an dessen nach unten ragenden Schenkel ein Elektromotor 12 angeflanscht ist. Auf dem gegen den Gleichrichter 8 gerichteten Ende der Welle dieses Motors 12 sitzt ein zusammenfassend mit 13 bezeichneter Rotor fest, der durch den Motor 12 um eine mit der Gehäuseachse zusammenfallende Achse in rasche Drehung versetzt wird.
Gegen den Rotor sind zwei Wasserzerstäubungsdüsen 14 gerichtet, die auf den freien Enden von Wasserzuleitungsrohren 15 befestigt sind. Diese durchsetzen den Bodenabschnitt 3 und sind unter demselben durch Anschlussglieder 16 und Leitungsschläuche 17 an eine nicht dargestellte Druckwasserquelle angeschlossen, wodurch ein rascher Ausbau der Düsen 14 möglich ist falls diese ersetzt oder gereinigt werden müssen. Im übrigen ist der unmittelbar hinter dem Rotor 13 gelegene Raum frei.
Der Rotor 13 hat einen mit seiner Konkavseite den Zerstäubungsdüsen 14 zugewendeten, zentralen glockenförmigen Teil 18 und zwei mit diesem durch Kränze von Stegen 19 und 20 fest verbundene Mantelteile 21 und 22. Diese Mantelteile sind in der durch die Pfeile V angegebene Hauptströmungsrichtung der Luft hintereinander und hinter dem glockenförmigen Teil 18 gestaffelt angeordnet. Der äussere Mantelteil 22 hat eine geringere Konizität als der innere Mantelteil 21 und dieser hat eine geringere Konizität als der
peripherie- nahe Abschnitt 18a des glockenförmigen Teiles. Dieser Abschnitt 18a ist mit der auf der ununterbrochenen, urgelochten und glatten Glockeninnenseite schwach vorstehenden und auf der Motorwelle festsitzenden Nabe 18c durch einen Übergangsabschnitt 18b verbunden, dessen konkave Innenseite einen bogenförmigen Querschnitt hat. Zwischen den beiden Mantelteilen 2.2, 21 ist ebenso wie zwischen dem Mantelteil 21 und dem peripherienahen Abschnitt 18a des glockenförmigen Teiles 18 ein Luftspalt 23 bzw. 24 vorhanden.
Beide Mantelteile und auch der peripherienahe Abschnitt 18a sind dort wo der Luftstrom von innen abreisst, messerschnei- denartig ausgebildet; die ringförmigen Schneiden sind mit 22a, 21a bzw. 18d bezeichnet.
Die halben Kegeispitzenwinkel für den peripherie- nahen Abschnitt 18a des glockenförmigen Teiles 18, den inneren Mantelteil 21 und den äusseren Mantelteil 22 betragen annähernd 30, 15 bzw. 10 .
Der beschriebene Luftbefeuchter arbeitet wie folgt. Das durch die Düsen 14 zerstäubte Wasser trifft als mehr oder weniger grosse Wassertropfen auf den zentralen Abschnitt 18c des glockenförmigen Teiles 18 auf und bildet auf diesem einen eher dicken Wasserfilm. Durch Zentrifugalkrafteinwirkung wird in diesem Film das Wasser nach aussen geschleudert, wobei der Film dank der speziellen Form des glockenförmigen Teiles eine allmähliche Verdünnung erfährt; Stauwirkungen in diesem Film sind also im wesentlichen aufgehoben.
An der schneiderförmig ausgebildeten Abreisskante 18d des glockenförmigen Teiles reissen die Wasserpartikeln des nunmehr sehr dünn gewordenen Wasserfilmes unter Zentrifugalkrafteinwirkung ab und die winzigen Wassertröpfchen gelangen in den Wirkungsbereich der durch den Ringspalt 23 strömenden Luft. Ein Teil dieser Wasserströpfchen prallt auch noch gegen den Mantelteil 22 und reisst an der Kante 22a von ihm ab.
Nachdem bereits beim Zerstäuben des Wassers aus. den Düsen 14 und bei der Ausbreitung des Wasserfilms auf der Innenoberfläche des glockenförmigen Teiles 18 eine Ver- dunstung eines kleinen Teiles der Wassermenge stattgefunden hat, vermischen sich die durch die Ringspalte 23, 24 geschleuderten Wassertröpfchen innigst mit den durch diese Ringspalte 23, 24 hindurchtretenden Luftströmen.
Die Glockenform des Teiles 18 hat auch zur Folge, dass die durch den inneren Ringspalt 23 hindurchtretende Luft und zu einem geringeren Teil auch die durch den äusseren Ringspalt 24 hindurchtretende Luft und mit Wassertröpfchen beladene unmittelbar hinter diesem Teil 18 einen in sich geschlossenen Ringwirbel bildet. Die Wassertröpfchen entfernen sich also nicht sogleich vom Rotor 13 mit annähernd der mittleren Strömungsgeschwindigkeit der Luft; viehmehr verbleiben sie zuerst dank dieser Ring wirbelbildung während einer gewissen Zeitspanne in der Nähe des Rotors 13.
Während dieser Zeitspanne hat das Wasser der Tröpfchen die Gelegenheit, sich wenigstens zum grössten Teil zu verdunsten, bevor es den Luftbefeuchter verlässt und mit der Luft in die dem Luftbefeuchter nachgeschalteten Kanalabschnitte eintritt, an denen es sich ansonst niederschlagen würde. Die rasche Verdunstung unmittelbar hinter dem Rotor 13 ist einerseits auch durch die hohe Relativgeschwindigkeit zwischen den Wassertröpfchen und der Luft, und, anderseits durch den Umstand begünstigt, dass die für eine Verdunstung richtigen Partialdruckverhältnisse der Wassertröpfchen und der Luft besser erreicht werden.
Der Rotor 13 ist übrigens von einem kurzen, zylindrischen Rohrabschnitt 25 umgeben, welcher sich weiter stromabwärts erstreckt als der äussere Mantelteil 22. Auf der Innenseite dieses Rohrabschnittes befindet sich ein kurzer Ring 26, dessen Innenoberfläche in Umfangsrichtung einen zickzackförmigen Verlauf hat; von der hinteren Kante 22a des Mantelteiles 22 weggeschleuderte Wassertröpfchen, die nicht von dem durch den Ringspalt 27 fliessenden Luftstrom erfasst werden; prallen auf die ihnen zugewendeten Flächenelemente dieses Ringes 26 auf und werden teilweise in den eben erwähnten Luftstrom zurückgeschleudert.
Die Luft, die durch den Spalt zwischen dem Ring 26 und den Mantel- wandungen des Gehäuses 1 strömt, ist umbefeuchtet und vermischt sich erst weiter hinten mit der befeuchteten Luft; dies trägt dazu bei, die Mantelwandungen. des Gehäuses 1 und der nachfolgenden Leitungsabschnitte im wesentlichen trocken zu halten.
Im Gesamten erreicht man also eine recht kurze Befeuchtungsstrecke.
Die Mengenregulierung kann im beschriebenen Luftbefeuchter auf verschiedene Art erfolgen: a) durch Verschlechterung des Zerstäubungswir- kungsgrades wenn verstellbare Verstäubungsdüsen 14 vorgesehen sind, und/oder durch grössere Schrägstellung der Düsen, so da.ss der oder die Wasserstrahlen in einem ungünstigen Winkel auf den glockenförmigen Teil 18 auftreffen oder ein Teil des Wassers sogar unverarbeitet neben diesem Teil durchgeht, und/oder durch Drehzahlveränderung, und/oder durch Veränderung des Abstandes zwischen den Düsen und dem glockenförmigen Teil, b) wenn zwei oder mehr Zerstäubungsdüsen vorgesehen sind,
auch durch Abschalten einer mehr oder weniger grossen Anzahl dieser Düsen und/oder durch Veränderung des Druckes des Wassers unmittelbar vor den Zerstäubungsdüsen.
Als Zerstäubungsdüsen werden vorzugsweise solche mit sogenannter Molekularzerstäubung verwendet, bei denen die Wassertröpfchen in einem Vollkegel von beispielsweise 60 Spitzenwinkel austreten. Weniger
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günstig sind einfache Strahldüsen oder solche, bei denen die Wassertröpfchen ziemlich nahe bei der Mantelfläche eines Kegels konzentriert sind.
Bei Verwendung von zwei Düsen 14 sind diese vorzugsweise symmetrisch zur Längsachse des Befeuchters unter einem Winkel von etwa 40 voneinander gegen das Zentrum des glok- kenförmigen Teiles 18 gerichtet.
Es mag noch erwähnt sein, dass bei der Wahl der Form der Innenoberfläche des glockenförmigen Teiles 18 etliche theoretische und praktische Faktoren bestimmend sind; unter anderem muss eine Stauwirkung bei der Ausbreitung des Filmes unter Berücksichtigung der Trägheit und der Zentrifugalkrafteinwirkung möglichst weitgehend vermieden werden; ferner muss die Bildung eines geschlossenen Luftwirbelringes möglichst begünstigt werden. Ferner soll aber auch die eventuelle Bearbeitung dieser Fläche bei der Fabrikation möglichst einfach sein.
Die dargestellte und beschriebene Form ist ein Ergebnis dieser Überlegungen und einer Reihe von praktischen Versuchen.
Insbesondere bei den Mantelteil,-n 21 und 22 spielen bei den hohen Drehzahlen des Rotors 13 natürlich auch Festigkeitsüberlegungen eine wichtige Rolle.
Die erfindungsgemässe Ausbildung könnte anstatt bei einem Kanalbefeuchter auch bei einem Luftbefeuch- ter Anwendung finden, der mit einem Ventilator zur Erzeugung des Luftstromes versehen ist, welcher Ventilator beispielsweise auf der stromaufwärtigen Seite des Motors angeordnet sein könnte. Ein solcher Luftbe- feuchter könnte ein selbständiges Gerät bilden mit einem Ständer oder Fuss, oder mit einer Aufhängevorrichtung, wobei sich die Drehachse des Motors und des Rotors 13 beispielsweise in Horizontal- oder in Vertikalrichtung erstrecken würde.
Es sei nebenbei erwähnt, dass in einer Gattung von Apparaten, nämlich solchen zur Zerstäubung von feinpulverigen Feststoffen in einem Luftstrom, solche bekannt sind, deren Rotor demjenigen des erfindungsgemässen Luftbefeuchters insofern ähnlich ist, als er auch einen glockenförmigen Teil mit sich unter einem Winkel von mehr als 30 zur Rotorachse erweiternder Innenoberfläche aufweist; in einer Ausführungsart sind sogar die Mantelteile vorhanden.
Bei diesen Apparaten ist aber die Problemstellung eine, ganz andere; dies wirkt sich dahin aus, dass in der eben erwähnten Ausführungsart dem glockenförmigen Teil eine damit fest verbundene Schleuderscheibe unmittelbar nachgeschaltet ist, und in einer anderen Ausführungsart dem Rotor ein feststehender Blechkegel nachgeschaltet ist, dessen dem Rotor zugewendetes Ende eine durch eine Ventilnadel mehr oder weniger verschliessbare Öffnung für den Zutritt von Sekundärluft nachgeschaltet ist;
diese letztere bewirkt, dass hinter dem glockenförmigen Rotor keine Wirbelbildung zustande kommt, vielmehr die Primärluft samt den hineingeschleuderten Staubteilchen sofort weiterfliesst, so wie dies auch bei der ersterwähnten Ausführungsart dieser bekannten Apparate der Fall ist. Bei dem eingangs beschriebenen Luftbefeuchter ist hingegen der hinter dem Rotor befindliche Raum frei, wenn von der Wasserzufuhrleitung abgesehen wird.
Falls in diesem Raum ein unbeabsichtiger Ringwirbel zustande kommt, schadet er nichts weil die groben Wassertröpfchen, die abgeschleudert werden, wegen des zu grossen Einflusses der Zentrifugalbeschleunigung niemals an einem solchen Ringwirbel beteiligt wären, entgegen dem was für die Kurzhaltung der Befeuchtungsstrecke erforderlich ist.