DE69714964T2

DE69714964T2 - Gewebeluftverteiler

Info

Publication number: DE69714964T2
Application number: DE69714964T
Authority: DE
Inventors: G. Koerber
Original assignee: Chemfab Corp
Current assignee: Saint Gobain Performance Plastics Corp
Priority date: 1996-01-24
Filing date: 1997-01-24
Publication date: 2003-01-02
Anticipated expiration: 2017-01-25
Also published as: ES2182023T3; US5725427A; BR9707184A; EP0876574A1; DE69714964D1; PT876574E; CN1209870A; ATE223023T1; WO1997027434A1; EP0876574B1; JP2000504101A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Luftverteiler für Umweltkontrollsysteme in Geschäfts- und Wohnhäusern. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Gewebe-Luftverteiler, der an Stelle herkömmlicher Verteiler verwendet werden kann. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Verteilen von Luft und ein Verfahren zum Dämpfen des Geräusches, das mit dem Strömen von Luft einhergeht.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Luftverteiler lenken Luft um, wenn diese von einem an der Raumdecke montierten Zufuhrrohr in einen Raum strömt. Ohne Verteiler strömt die durch das Rohr gelieferte Luft geradlinig nach unten in den Raum. Dies kann unerwünschte Luftzüge im Raum verursachen.
Verteiler des Standes der Technik lösen dieses sowie weitere Probleme durch das Umlenken und Verteilen der Luft beim Eintritt in den Raum. Um dieses Ziel zu erreichen, weist die "Austrittsfläche" eines typischen Verteilers des Standes der Technik eine Gruppe angewinkelter Leitschaufeln oder Luftklappen auf.
Verteiler des Standes der Technik, die angewinkelte Leitschaufeln verwenden, umfassen jene, die in den US-Patenten Nr. 3.948.155, erteilt am 6. April 1976 (Warren R. Hedrick), Nr. 4.266.470, erteilt am 12. Mai 1981 (Schroeder u. a.), Nr. 4.366.748, erteilt am 4. Januar 1983 (Wilson u. a.), Nr. 5.054.379, erteilt am 8. Oktober 1991 (Franc Sodec), Nr. 5.192.348, erteilt am 9. März 1993 (Craig S. Ludwig) und Nr. 5.454.756, erteilt am 3. Oktober 1995 (Craig S. Ludwig) gezeigt sind.
Gewebelagen wurden in Verteilersystemen verwendet, um Staub und andere Partikelmaterie aus der in den Raum strömenden Luft zu filtern. Das US-Patent Nr. 4.603.618, erteilt am 5. August 1986 (Charles W. Soltis), offenbart ein Reinraum-Belüftungssystem mit einer Gewebelage, die über einem perforierten Deckengitter befestigt ist. Die Gewebelage filtert die Luft und schafft eine gleichförmige laminare Strömung der Luft in den Raum. Die Gewebelage und das perforierte Gitter erstrecken sich über die gesamte Decke und Luft strömt von der Decke geradlinig nach unten in den Raum.
Luftverteiler des Standes der Technik weisen viele Probleme auf. Sie sammeln häufig Staub an, wobei die Neigung besteht, daß dieser sich an den angewinkelten Leitschaufeln anlagert. Außerdem neigen die Luftbehandlungssysteme des Standes der Technik dazu, geräuschvoll zu sein.
Es sind außerdem Gewebe verwendet worden, um Schall zu absorbieren. Das US-Patent Nr. 4.152.474, erteilt am 1. Mai 1979 (Cook, der bereits verstorben ist, u. a.), offenbart einen Schallabsorber, der ein Substrat mit mehreren Öffnungen enthält. Eine Beschichtung aus organischem Polymer bedeckt das Substrat und füllt die Öffnungen im Substrat teilweise aus.
Es wäre erwünscht, einen leichten Luftverteiler zu schaffen, der nicht die Probleme besitzt, die dem Luftverteiler des Standes der Technik eigen sind. Es wäre außerdem erwünscht, ein Verfahren zum Verteilen und ein Verfahren zum Dämpfen des Geräusches, das mit dem Verteilen von Luft einhergeht, zu schaffen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gewebe-Luftverteiler und ein Verfahren zum Verteilen von Luft. Der Verteiler umfaßt einen Rahmen, der so beschaffen ist, daß er mit dem Ende eines Luftzufuhrrohrs verbunden werden kann. Im Rahmen ist eine Gewebelage mit offener Bindung angebracht. Die Gewebelage ändert die Richtung von Luft beim Verlassen der Lage. Genauer lenkt die Gewebelage die Luft um und streut die Luft, die senkrecht in die Lage strömt. Beim Verlassen der Bindungsöffnungen strömt die Luft quer zur Lage sowie in allen Richtungen radial nach außen. Der Grad der seitlichen Ablenkung hängt von der Strömungsrate, der Bindungsöffnungsgröße und der Gewebedicke ab.
Ein zusätzlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, daß die Gewebelage mit einem schmutzbeständigen Werkstoff überzogen ist. Der schmutzbeständige Werkstoff verhindert, daß sich anhaftender Staub und andere Partikelmaterie am Gewebe ansammelt, und erleichtert somit das Reinigen des Verteilers.
Das Gewebe und die Beschichtung sind vorzugsweise aus nicht brennbarem Werkstoff konstruiert, etwa Glasfasergewebe und eine Polytetrafluorethylen- Beschichtung (PTFE-Beschichtung).
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, daß der Gewebe-Luftverteiler verwendet werden kann, um das Geräusch zu dämpfen, das mit dem Strömen von Luft durch ein definiertes Volumen, etwa ein Luftrohr, einhergeht. Durch das Anordnen einer Gewebelage mit offener Bindung über einer vollständigen Querschnittsfläche des Volumens dämpft die Lage das Geräusch, das andernfalls erzeugt werden würde, wenn sich die Luft durch das Volumen bewegt. Der Gewebe-Luftverteiler kann insbesondere an Stelle eines herkömmlichen Verteilers mit angewinkelten Leitschaufeln verwendet werden, der typischerweise ein beträchtliches Geräusch erzeugt, wenn sich Luft durch die Leitschaufeln bewegt.
Der Gewebe-Luftverteiler kann in einer Vielzahl von Luftverteilungssystemen, wie etwa Heiz-/Kühl-Belüftungs- (HVAC) Systeme, verwendet werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht des Gewebe-Luftverteilers der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Gewebes mit offener Bindung, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 3 ist eine vergrößerte Draufsicht des Gewebes mit offener Bindung, die eine bevorzugte Bindung sowie außerdem die Konstruktion der Kett- und Schußgarne darstellt;
Fig. 4 ist eine Seitenansicht des am Ende eines Luftzufuhrrohrs angebrachten Verteilers, die die Richtungsänderung der Luft beim Verlassen der Gewebelage zeigt;
Fig. 5 ist eine Unteransicht des an ein Luftzufuhrrohr angebrachten Verteilers, die die Luft zeigt, die die Lage radial in allen Richtungen verläßt;
Fig. 6a und 6b zeigen eine Seitenansicht und eine perspektivische Ansicht eines Luftrohrs mit einem kegelförmigen Abschnitt, der sich in einen rechtwinkligen Hohlraum erstreckt; und
Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines experimentellen Luftleitsystems.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

In der bevorzugten Ausführungsform von Fig. 1 umfaßt der erfindungsgemäße Gewebeverteiler 1 einen rechtwinkligen Rahmen, der so beschaffen ist, daß er mit dem Ende eines typischen Luftzufuhrrohrs verbunden werden kann. Im rechtwinkligen Rahmen ist eine flache Glasfaser-Gewebelage 7 mit offener Bindung angebracht. Die Garne der Gewebelage sind vorzugsweise mit einem (in den Figuren nicht gezeigten) schmutzbeständigen Werkstoff überzogen. Die Beschichtung füllt den Bereich der offenen Bindung der Lage nicht vollständig aus. Dadurch wird in der Lage ein bedeutender offener Bereich aufrechterhalten. Der schmutzbeständige Werkstoff ist vorzugsweise ein Fluorpolymer, wie etwa Polytetrafluorethylen (PTFE), obwohl weitere Polymere mit geringer Oberflächenenergie, wie etwa Fluorpolymere, verwendet werden können.
Die Gewebelage 7 ist aus miteinander verwebten Kett- und Schußgarnen 10 bzw. 12 konstruiert, die typischerweise zueinander senkrecht verlaufen. In der bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Kett- und Schußgarne 10 bzw. 12 diagonal über den rechtwinkligen Rahmen 5. Die Garne können jedoch auch parallel zu den Kanten des Rahmens ausgerichtet sein. Die diagonale Ausrichtung der Garne kann die Anbringung des Gewebes im Rahmen vereinfachen, die Ausrichtung kann jedoch variieren, um den gewünschten ästhetischen Effekt zu erzeugen.
In den Fig. 2 und 3 sind die Kettgarne 10 und die Schußgarne 12 in einem Kreuzmuster miteinander verwebt. Jedes Garn enthält eine Vielzahl von feinen Spinnfäden 15, die miteinander zu verdrehten Bündeln verzwirnt sind. Der Kreisdurchmesser der Kett- und Schußgarne beträgt vor dem Weben etwa 28 mil (0,07112 cm). Nach dem Weben ist die Querschnittsform des Garns elliptisch.
Die Gewebelage besitzt eine relativ offene Bindung 17. Jede Öffnung ist in der Draufsicht im wesentlichen rechtwinklig und beträgt etwa 50 · 50 mil (0,127 · 0,127 cm). Der vollkommen offene Bereich umfaßt etwa 38% der Gewebefläche. Die Dicke der Gewebelage beträgt etwa 23 mil (0,0584 cm). Die Abmessungen gelten für das Gewebe, das für Luftvolumina und Drücke verwendet werden kann, die herkömmlichen Luftbehandlungssystemen zugehörig sind. Die Abmessungen der Gewebelage kann jedoch in Abhängigkeit vom Volumen und Druck der in das Gewebe strömenden Luft und von dem gewünschten Betrag der Ablenkung variieren.
In Fig. 4 ist der Gewebe-Luftverteiler 1 mit dem Ende eines Luftzufuhrrohrs 21 verbunden, das gewöhnlich mit der Oberfläche der Decke 25 in einem Raum bündig ist. Der Verteiler 1 ist am Ende des Luftzufuhrrohrs 21 so ausgerichtet, daß Luft vom Rohr senkrecht in die Gewebelage strömt. In den Fig. 4 und 5 ist die allgemeine Ausbreitungsrichtung der Luftströmung durch Pfeile bezeichnet. Obwohl mehrere Faktoren, wie etwa der durch den Verteiler bewirkte Staudruck und die Form des speziellen Luftrohrs, eine Richtungsänderung der Luftströmung in einem beliebigen Punkt im Rohr 21 bewirken können, ist die allgemeine Richtung der Luftausbreitung nach unten in die Verteilerlage. Die Gewebelage ändert die Richtung der Luftausbreitung, wenn die Luft die Lage verläßt. Die umgelenkte Luft strömt quer zur Lage, wie in Fig. 4 durch die Pfeile gezeigt ist, und strömt radial in allen Richtungen nach außen, wie in Fig. 5 (eine Unteransicht) gezeigt ist. Diese Umlenkung bewirkt, daß sich die Luft in Abhängigkeit von der Anordnung des speziellen Verteilers und des Zuführrohrs an die Decke oder an die Wand anschmiegt. Während in der bevorzugten Ausführungsform die aus den Öffnungen austretende Luft quer zur Lage und radial nach außen strömt, ist vorgesehen, daß Gewebe mit unterschiedlichen Typen und Abmessungen verwendet werden können, um die Luft nach anderen Mustern abzulenken. Während in der bevorzugten Ausführungsform die Gewebelage eine flache Konfiguration besitzt, ist außerdem vorgesehen, daß die Lage als gekrümmtes Gebilde verwendet wird, z. B. durch Wärmeformen in eine schalenförmige Konfiguration.
Der erfindungsgemäße Luftverteiler wurde erfolgreich verwendet, um die Luftausbreitung aus Luftrohren mit mehreren unterschiedlichen Formen und Größen umzulenken. Die Fig. 6a und 6b zeigen z. B. ein Rohr 30 mit einem zylindrischen Luftzufuhrweg 37, der sich in einen kegelförmigen Abschnitt 35 erweitert, der sich weiter in einen rechtwinkligen Hohlraum 41 mit offener Fläche erstreckt. Der rechtwinklige Hohlraum 41 ist bündig über einem ausgeschnittenen Abschnitt in der Raumdecke 43 angeordnet. Der Verteiler 1 ist über der offenen Fläche des rechtwinkligen Hohlraums 41 angeordnet. Typische Abmessungen für das Rohr enthalten einen zylindrischen Zufuhrweg 37 mit einem Durchmesser von 6 Zoll (15,24 cm), der sich zu einem rechtwinkligen Hohlraum erweitert, der gleiche Seitenlängen von 21 Zoll (53,34 cm) und eine Höhe von 0,5 Zoll (1,27 cm) besitzt. Bei der Prüfung wurde festgestellt, daß dann, wenn Luft durch den Verteiler 1 hindurchging, die Luft quer zum Verteiler und radial in allen Richtungen nach außen strömte, wie oben in den Fig. 4 bzW. S gezeigt ist.
Der Luftverteiler wurde außerdem in einem experimentellen Leitsystem geprüft, das in Fig. 7 gezeigt ist. Im Experiment wurde ein rechtwinkliger Kasten 45 mit einer Länge von 17 Zoll (43,18 cm), einer Höhe von 10,5 Zoll (26,67 cm) und einer Tiefe von 12,75 Zoll (32,39 cm) mit einem offenen Ende 47 und einem geschlossenen Ende 51 hergestellt, das eine kreisförmige Öffnung 55 mit einem Durchmesser von etwa 4 Zoll (10,16 cm) aufwies. Der (mit geeigneten Abmessungen konstruierte) Verteiler 1 wurde über dem offenen Ende 47 angebracht und ein 4 Zoll- (10,16 cm) Gebläse 60 wurde in der kreisförmigen Öffnung 55 angebracht. Die Prallfläche 65, die eine kreisförmige Öffnung 67 mit dem Durchmesser 3 Zoll (7,62 cm) besitzt, wurde in der Mitte des Kastens 45 quer angeordnet. Die Prallplatte 60 wurde verwendet, um eine Änderung der Druckverteilung der Luft im Inneren des Kastens 45 zu erzeugen. Bei mehreren unterschiedlichen Gebläsegeschwindigkeiten wurde beobachtet, daß die den Verteiler 1 verlassende Luft quer zum Verteiler und radial nach außen strömt, wenn sie den Verteiler 1 verläßt.

BEISPIEL 1

Eine Lage aus Chemglas 1589, ein mit PTFE überzogenes Glasfasergewebe, das durch Chemfab Corporation, Merrimack, New Hampshire hergestellt wird, mit einer Fläche von etwa 23 Quadratzoll (58,42 cm²) wurde in einem rechtwinkligen Rahmen angebracht, der so beschaffen ist, daß er mit dem Ende eines Luftzufuhrrohrs verbunden werden kann. Die Lage besaß die gleichen Abmessungen, die in der obigen Beschreibung angegeben wurden, und wurde so angebracht, daß sich die Kett- und Schußgarne diagonal über den rechtwinkligen Rahmen erstrecken.
Der Verteiler wurde anschließend am Ende eines Luftzufuhrrohrs angebracht, das mit der Deckenoberfläche bündig war. Die Umlenkung und die Geschwindigkeit der Luftströmung wurden dann beobachtet. Der Luftstrom, der senkrecht in das Gewebe strömte, änderte abrupt die Richtung und strömte quer oder relativ parallel zur Ebene des Gewebes.
Als die Ebene des Gewebes mit einem Anemometer überquert wurde, wurde außerdem eine "tote Zone", d. h. ein Bereich, in dem die Luftgeschwindigkeit tatsächlich null ist, auf der Oberfläche des Gewebes im mittleren Bereich der Gewebeebene gefunden. Die abgelenkte Luft strömte von der toten Zone in allen Richtungen radial nach außen. Es wurde tatsächlich keine Luftströmung festgestellt, wenn die Meßvorrichtung einige Zoll unter der Decke angeordnet wurde. Die horizontale Komponente der Luftströmung, d. h. der Auswurf vergrößerte sich bedeutend jenseits der gewebebedeckten Öffnung weg von der Luftströmungsquelle in allen Richtungen, während trotzdem ihre "Deckenanschmieg-" Charakteristiken aufrechterhalten wurden.
Es wurde außerdem beobachtet, daß das Geräusch, das mit der Vorrichtung einhergeht, wenn sich die Luft durch das Gewebe ausbreitet, viel weniger wahrnehmbar war als das Geräusch, das mit herkömmlichen Verteilern einhergeht.

Claims

1. Gewebe-Luftverteiler (1) für eine Luftzufuhrleitung (21, 30), wobei der Verteiler umfaßt:

einen Rahmen (5) für die Verbindung des Verteilers mit dem Luftzufuhrrohr; und

eine Gewebelage (7) mit offener Bindung, die im Rahmen angebracht ist, wobei die Gewebelage aus Kett- und Schußgarnen (10, 12) konstruiert ist, die in einem Kreuzmuster miteinander verwebt sind, wobei die Bindungsöffnungsgröße und die Gewebedicke so gewählt sind, daß die Richtung der Luft beim Verlassen der Lage geändert wird.

2. Gewebe-Luftverteiler nach Anspruch 1, bei dem die Lage flach ist, aus einem im wesentlichen nicht brennbaren Werkstoff gebildet ist und mit einer schmutzbeständigen, nicht brennbaren Verbindung überzogen ist.

3. Gewebe-Luftverteiler nach Anspruch 2, bei dem die schmutzbeständige Verbindung ein Polymer mit niedriger Oberflächenenergie ist.

4. Gewebe-Luftverteiler nach Anspruch 3, bei dem die schmutzbeständige Verbindung PTFE umfaßt.

5. Gewebe-Luftverteiler nach Anspruch 4, bei dem der Rahmen eine rechtwinklige Form hat und das Gewebe Kett- und Schußgarne aufweist, die sich diagonal über den Rahmen erstrecken.

6. Verfahren zum Verteilen von aus einem Luftzufuhrrohr strömender Luft, wobei das Verfahren umfaßt:

Vorsehen einer Gewebelage (7) mit offener Bindung, wobei die Gewebelage aus Kett- und Schußgarnen (10, 12) konstruiert ist, die in einem Kreuzmuster miteinander verwebt sind, wobei die Bindungsöffnungsgröße und die Gewebedicke so gewählt sind, daß die Richtung der Luft beim Verlassen der Lage geändert wird;

Anbringen des Gewebes in einem Rahmen (5); und

Verbinden des Rahmens mit dem Luftzufuhrrohr (21, 30).

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Lage flach ist, aus einem im wesentlichen nicht brennbaren Werkstoff gebildet ist und mit einer schmutzbeständigen, nicht brennbaren Verbindung überzogen ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die schmutzbeständige Verbindung ein Polymer mit niedriger Oberflächenenergie ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die schmutzbeständige Verbindung PTFE umfaßt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Rahmen eine rechtwinklige Form besitzt und das Gewebe im Rahmen so angebracht ist, daß sich die Kett- und Schußgarne diagonal über den Rahmen erstrecken.

11. Verfahren zum Dämpfen des Geräusches, das mit der durch ein definiertes Volumen strömenden Luft einhergeht, wobei das Verfahren umfaßt: Anordnen einer Gewebelage mit offener Bindung über einer gesamten Querschnittsfläche des Volumens, wobei die Gewebelage aus Kett- und Schußgarne (10, 12) konstruiert ist, die miteinander in einem Kreuzmuster verwebt sind, wobei die Bindungsöffnungsgröße und die Gewebedicke so gewählt sind, daß die Richtung der Luft beim Verlassen der Lage geändert wird, wodurch das Geräusch gedämpft wird, das erzeugt wird, wenn sich die Luft durch die Lage bewegt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Gewebelage flach ist, aus einem im wesentlichen nicht brennbaren Werkstoff gebildet ist und mit einer schmutzbeständigen, nicht brennbaren Verbindung überzogen ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die schmutzbeständige Verbindung ein Polymer mit niedriger Oberflächenenergie ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die schmutzbeständige Verbindung PTFE umfaßt.