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Axialventilator Die Erfindung betrifft einen Axialventilator, insbesondere
für einen nachgeschalteten, darüber angeordneten Wärmeaustauscher eines stehenden
Lufterhitzers mit Luftaußenmantel, mit Stauaustrittsdiffusor von am Austritt wenigstens
näherungsweise zur Laufradachse senkrechten Begrenzungswänden.
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Axialventilatoren mit Stauaustrittsdiffusor von am Austritt wenigstens
näherungsweise zur Laufradachse senkrechten Begrenzungswänden sind bekannt.
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Es ist auch bekannt, bei Schleuderpumpen, also Radialmaschinen, die
Seitenwände des sonst in üblicher Weise geformten Schaufelrades radial so zu verlängern,
daß ein gleichmäßig erweiterter schaufelloser Austrittsdiffusor gebildet wird. In
diesem findet jedoch keine Umlenkung statt, es handelt sich also nicht um einen
Stauaustrittsdiffusor.
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Bekannt sind weiterhin Lufterhitzer mit zwischengeschalteten festen
Diffusoren, die verhältnismäßig hoch bauen und im Betrieb Geräusche verursachen,
welche ihre Aufstellung, insbesondere in Wohnräumen, verhindern.
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Bekannt sind auch Ringdiffusoren, die bei Einhaltung eines kleinen
Diffusorwinkels wohl strömungstechnisch einen guten Übergang bieten, jedoch in axialer
Richtung viel Platz beanspruchen, der im allgemeinen nicht zur Verfügung steht.
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Es sind auch Ausführungen von Lufterhitzern mit Axialventilator ohne
Diffusor bekannt, bei denen die Laufradschaufeln direkt unterhalb des Durchströmkanals
fördern. Die zu erwärmende Luft tritt zwar direkt axial - ohne oder nur mit geringen
Umlenkungen - in den Kanal ein, jedoch ergibt sich entsprechend den äußeren Abmessungen
des Lufterhitzers ein großer Außendurchmesser des Laufrades. Die Umfangsgeschwindigkeit
wird dabei so hoch, daß geräuscharmer Betrieb nicht mehr möglich ist; ebenso wird
der damit in Zusammenhang stehende Gesamtdruck für eine Luftheizung zu hoch, wenn
nicht die Drehzahl niedrig gehalten wird. Bei unmittelbarem Antrieb ist dies nur
mit einem Elektromotor niedriger Drehzahl möglich; dieser ist aber in der Anschaffung
teuer und beansprucht größeren Raum. Das gleiche gilt für mittelbaren Antrieb mit
Drehzahluntersetzung.
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Es finden deshalb bisher für den genannten Zweck vorzugsweise Axialventilatoren
mit unmittelbarem Antrieb durch Elektromotoren höherer Drehzahl in Verbindung mit
feststehenden Flachdiffusoren Anwendung. Diese Ausführung ist zwar raumsparend und
billig, die Flachdiffusoren geben aber durch scharfe Umlenkung des Förderstromes
Veranlassung zu starker Wirbelbildung, und der Drall des austretenden Luftstromes
wird durch die festen Diffusorwände gehemmt, so daß weitere Wirbel entstehen. Diese
führen zu Geräuschen, die als sehr störend empfunden werden, und verhindern bei
hohen Ansprüchen, insbesondere in Wohnräumen, die Verwendung der feststehenden Flachdiffusoren.
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Die genannten NTachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden,
daß bei einem Axialventilator der eingangs geschilderten Art die obere Begrenzungswand
des Diffusors in bei Laufrädern für Schleuderpumpen bekannter Weise mit der Laufradnabe
fest verbunden ist. Hierbei wird durch Rotation und Zentrifugalkraft der axial anströmenden
Luft sowohl ein tangentialer als auch ein radialer Impuls erteilt. Die axialen und
radialen Komponenten bewirken, daß sich ein schräg gerichteter Förderstrom einstellt,
der mit ringförmigem Querschnitt frei zu dem außenliegenden Durchströmkanal des
Lufterhitzers fließt.
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Die untere Diffusorbegrenzungswand steht wie die obere Begrenzungswand
wenigstens näherungsweise senkrecht zur Laufradachse. Der rotierende düsenartige
Übergang von der habe zur geraden oberen Begrenzungswand und diese Begrenzungswand
selbst erteilen dem axialen Luftstrom einen langsamen und stetig wachsenden radialen
Impuls und bewirken dadurch eine nahezu wirbelfreie Umlenkung. Dieser radiale Impuls
wirkt auch auf die an das Gehäuse anschließende untere Begrenzungswand und vermindert
die dort mit Wirbeln verbundenen Ablösungserscheinungen. Zur Erhöhung dieser Wirkung
kann die untere an das V entilatorgehäuse anschließende Begrenzungswand, statt feststehend
ausgebildet zu sein, auch mit dem Laufrad umlaufen.
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Durch die Rotation wird dem Luftstrom ein tangentialer Impuls erteilt,
der im Sinne des durch den Axialventilator hervorgerufenen Dralles verläuft. Dieser
Drall wird im Gegensatz zur Anordnung mit stehendem Flachdiffusor beim umlaufenden
Diffusor nach der Erfindung nicht gehemmt, so daß die beim stehenden Flachdiffusor
auftretenden Wirbel und damit Geräusche vermieden werden. Außerdem wird
durch
den tangentialen Impuls der Luftweg innerhalb des Diffusors verlängert und dadurch
eine wirkungsvollere Umsetzung von dynamischem in statischen Druck ermöglicht.
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Außer der Vermeidung der .Geräuschbildung wird bei der erfindungsgemäßen
Anordnung die axiale Baulänge verringert, da flachste Diffusoren Verwendung finden
können.
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Im folgenden wird die Erfindung bei einem Lufterhitzer als Ausführungsbeispiel
mit Hilfe von Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen stellen dar: F ig. 1
einen Axialschnitt durch einen Lufterhitzer mit Einsatzofen für feste, flüssige
und gasförmige Brennstoffe und einen Axialventilator mit zylindrischem Gehäuse und
einer rotierenden Staudiffusorwand, Fig. 2 einen Axialschnitt durch einen Lufterhitzer
mit Heizrohren und einen Axialventilator mit konischem Gehäuse und zwei rotierenden
Staudiffusorwänden.
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Die zu erwärmende Luft wird durch ein Eintrittsgitter 1 und zur Reinigung
zweckmäßig durch ein Luftfilter 2 von dem Axialventilator 3 angesaugt und über einen
Staudiffusor 4 in einen am Außenmantel 5 des Lufterhitzers liegenden Durchströmkanal
6 geführt. Dabei wird die Luft durch die Außenwand 7 der Brennkammer 8 oder durch
in dem Durchströmkanal 6 untergebrachte Heizrohre 9 (Fig. 2) erwärmt und dann durch
den Austrittsstutzen 10 in die Verteilkanäle der Luftheizung geleitet. Der Axialventilator
3 ist in meridianbeschlennigter Ausführung mit konischer Nabe 11 und Antrieb durch
Außenläufermotor 12 dargestellt, wie er vorwiegend Verwendung findet.
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Der Staudiffusor 4 weist eine mit der Nabe 11 durch ein Übergangsstück
13 fest verbundene obere Begrenzungswand 14 auf, deren Randteil als ebene Kreisringfläche
ausgebildet ist, die normal oder nahezu normal zur Laufradachse 15 steht. Der Axialventilator
3 läuft in einem Gehäuse entweder mit zylindrischem Mantel 16 (Fig.1) oder
konischem Mantel 23 (Fig. 2). Die zweite, an den Gehäusemantel 16,23
anschließende
Begrenzungswand 17 des Staudiffusors ist entsprechend der kreisförmigen bzw. rechteckigen
Grundfläche des Lufterhitzers 9 bzw. 8 ebenfalls als Rechteckfläche 17 bzw. als
ebene Kreisringfläche 18 normal oder nahezu normal zur Ventilatorachse 15 ausgebildet.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform rotiert nur die obere
Begrenzungswand 13; 14 mit der Nabe, während die untere Begrenzungswand
16,17
feststeht. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform rotiert,
um die Wirkung noch zu erhöhen, dagegen auch die untere Begrenzungswand 18; sie
ist zu diesem Zweck mit der Austrittskante der Laufradschaufeln 19 fest verbunden.
Die Vorteile der Erfindung beruhen darauf, daß ein Staudiffusor mit insbesondere
in axialer Richtung geringen Abmessungen, guter Energieumsetzung bei praktisch geräuschlosem
Betrieb erhalten wird, der den wechselnden Einbauverhältnissen der Lufterhitzer
mit am Außenmantel liegendem Durchströmkanal leicht angepaßt werden kann. Diese
Eigenschaften machen ihn allgemein für derartige Lufterhitzer und insbesondere für
Wohnraumheizung gut geeignet. Im letzteren Falle wird der Lufterhitzer entweder
im Keller oder - zur gleichzeitigen Ausnutzung der Strahlungs- und Konvektionswärme
- im Wohnraum aufgestellt. In beiden Fällen sind geräuscharmer Betrieb und geringe
axiale Bauhöhe Hauptbedingungen.
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Eine geringe axiale Bauhöhe ist für den Diffusor besonders notwendig,
da der Axialventilator aus Wartungsgründen und, um ihn gegen die Wärme des Lufterhitzers
zu schützen, unterhalb desselben eingebaut werden muß. Die Bedienungsöffnungen des
Lufterhitzers und insbesondere die Füllöffnung bei Brennkammern für feste Brennstoffe
liegen darüber, sollen aber ihrerseits möglichst tief liegen, so daß die mögliche
Bauhöhe äußerst beschränkt ist.
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Die gute Druckumsetzung am Diffusor trägt besonders dazu bei, die
Luftwiderstände von Lufterhitzer, Luftfilter und anschließendem Kanal und insbesondere
die im Laufe der Zeit durch Verschmutzung und Alterung höher werdenden Widerstände
zu überwinden.