DE1503559B2

DE1503559B2 - Ventilator fuer zuluft und abluft

Info

Publication number: DE1503559B2
Application number: DE19651503559
Authority: DE
Inventors: Kunio Tokio Fujie
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1964-09-02
Filing date: 1965-09-01
Publication date: 1971-10-21
Also published as: GB1108775A; DE1503559A1; US3342254A

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventilator für Zu- und Abluft, bei dem die Zu- und Abluft mittels ein und desselben Liifterrctors in. parallelen und entgegengesetzt gerichteten Strömen durch zwei mittels einer Trennwandung \cneinander getrennte Kanäle eines gemeinsamen zylindrischen Gehäuses hindurchgeführt werden, in die der Lüftenotor durch einen Durchbruch der Trennwandvr.g hineinragt.

Bei bekannten Ventilatoren dieser Alt werden die Kanäle für Zuluft bzw. Abluft durch zw ei konzentrisch ineinander angeordnete Rohre gebildet. Das innere Rohr besteht aus zwei Teilen, die in Längsabstand voneinander angeordnet sind. Auf den in dem inneren Rohr umlaufenden Flügeln des Lüfterrotors ist ein schmaler Ring befestigt, auf dem sich weitere Flügel befinden, die in den Ringraum zwischen dem inneren und äußeren Rohr umlaufen und einen gegenüber dem Anstellwinkel der inneren Flügel entgegengesetzten Anstellwinkel aufweisen. Der die äußeren Flügel tragende Ring befindet sich in dem Spalt zwischen den beiden Teilen des Innenrohrs.

Bei diesen Ventilatoren weisen das Gehäuse und insbesondere der Lüfterrotor einen verhältnismäßig komplizierten Aufbau auf. Ein Wärmeaustausch zwischen der Abluft und der Zuluft findet nur in ganz geringfügigem Maße statt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventilator für Zuluft und Abluft der eingangs angegebenen Art in gedrängter Bauweise zu schaffen, der einen einfachen Aufbau des Gehäuses und insbesondere des Lüfterrotors aufweist, und zugleich dafür zu sorgen, daß infolge eines großen Wärmeaustausches zwischen Zuluft und Abluft nur ein geringer Teil der Wärme der Abluft verlorengeht.

Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Zuführkanal und der Abführkanal durch die Längshälften eines zylindrischen Gehäuses gebildet wird, die durch eine im Eereich des Lüfterrotors unterbrochene Längstrennwand voneinander getrennt sind, daß zu beiden Längsseiten des Lüfterrotors in den beiden durch die Längstrennwand voneinander getrennten Kanälen je eine Leitbeschaufelung angeordnet ist, deren Leitschaufeln innerhalb jedes Kanals so ausgerichtet sind, daß der Lüfterrotor in den beiden Kanälen eine Luftströmung in zueinander entgegengesetzten Richtungen erzeugt, und daß eine Wärmeaustauscheinrichtung vorgesehen ist, wodurch zwischen beiden Gasströmungen ein Wärmeaustausch erfolgt.

In zweckmäßiger Weiterausbildung der Erfindung ist die Wärmeaustauscheinrichtung eine mit dem Rotor umlaufende Wärmeaustauscheinrichtung in netzartiger Form.

Nach einem weiteren zweckmäßigen Merkmal der Erfindung ist die netzartige Wäimetauscheinrichtung neben dem Rotor angeordnet und dreht sich mit ihm.

Wesen, Grundgedanke und Einzelheiten der Erfindung werden aus der folgenden Einzelbeschreibung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den Zeich- nungen, in denen entsprechende Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind, deutlicher offenbar. Es stellt dar

F i g. 1 (α) eine Längsansicht eines Ventilators nach der Erfindung zur Erläuterung von Form und An-Ordnung der Schaufeln unter der Annahme einer durchsichtigen Zylinderleitung und durchsichtiger Nabenteile,

F i g. 1 (b) einen Querschnitt des Ventilators nach der Linie BB von F i g. 1 (a),

F i g. 2 drei perspektivische Ansichten des Schaufelrotors [F i g. 2 (c)] sowie der Leitschaufeln [F i g. 2 (d) und 2 (e)] für einen erfindungsgemäßen Ventilator,

F i g. 3 (/) lind 3 (g) jeweils eine Seitenansicht mit teilweise weggeschnittenen Teilen und einen Längsschnitt durch eine weitere Alisführungsform eines Ventilators nach der Erfindung,

F i g. 4 eine auf Versuchsergebnissen beruhende grafische Darstellung der Eeziehung zwischen Luftdurchfiußmenge und statischem Druck für verschiedene Rotordrehzahlen bei einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilators und

F i g. 5 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Nach der den Grundgedanken der Erfindung erläuternden F i g. 1 ist ein darauf beruhender Ventilator normalerweise innerhalb einer Strömungsleitung 1 oder einem ähnlichen Eauteil mit kreisförmigem Querschnitt angeordnet und besteht im wesentlichen aus einem Schaufelrotor 2 mit Schaufeln 6, der von einer Antriebseinheit, beispielsweise einem nicht dar- Ϊ gestellten Elektromotor, angetrieben wird, Leitschaufelanordnungen 3 und 4, die jeweils zu beiden Seiten des Rotors 2 an der Innenwand der Strömungsleitung sitzen, sowie einer Längstrennwand 5, die das Innere der Leitung 1 in zwei Strcmungskanäle 8, 80 und 9,9 a teilt.

Der Rotor umfaßt zahlreiche Schaufeln 6 mit gebogenem Profil, die nach den F i g. 1 (b) und 2 (c) radial in eine Nabe 7 eingesetzt sind. Die Leitschaufelanordnungen 3 und 4 bestehen ebenfalls aus radialen Schaufeln mit gebogenem Profil, doch weisen jeweils die konvexen Flächen der Schaufeln jeder Schaufelanordnung auf verschiedenen Seiten der Längstrennwand jeweils in entgegengesetzte Umfangsrichtungen, wie man aus den F i g. 1 (a), 2 (d) und 2 (e) ersieht. Zudem liegen die konvexen Flächen der Schaufeln der Leitschaufelanordnung 3 auf jeder Seite der Längstrennwand 5 mit denjenigen der Schaufeln der Leitschaufelanordnung 4 auf derselben Seite der Längstrennwand 5 gleich.

Eine strömungsdynamische Betrachtung der Arbeits- < weise des beschriebenen Ventilators soll nunmehr in vereinfachter Form unter Bezugnahme auf F i g. 1 (ä) erfolgen.

Wenn sich der Rotor 2 mit einer Umfangsgeschwindigkeit 11 in der in F i g. 1 (a) angegebenen Pfeilrichtung dreht, hat die Absolutgeschwindigkeit ν der Luft innerhalb der Leitschaufelanordnung 3 auf der rechten Seite der Trennwand 5 die angegebene Richtung, da die Schaufeln 3 die angegebene Gestalt haben. Demnach hat auf Grund des resultierenden Geschwindigkeitsdreiecks die Luftrelativgeschwindigkeit w innerhalb der Leitschaufelanordnung 3 gegenüber dem Rotor 2 die in F i g. 1 (a) angegebene Richtung.

Andererseits hat die Luft innerhalb der Leitschaufelanordnung 4 auf Grund der Gestaltung der Schaufeln 4 eine Absolutgeschwindigkeit v_a. Deshalb kann auf Grund des resultierenden Geschwindigkeitsdreiecks die Relativgeschwindigkeit w_a der Luft innerhalb der Leitschaufelanordnung 4 in der eingezeichneten Richtung angenommen werden.

Wie man aus F i g. 1 (α) ersieht, ist die Richtung der Luftrelativgeschwindigkeit ti' innerhalb der Leit-' schaufelanordnung 3 näherungsweise der Richtung der jeweils oberen Vorderkante der Schaufeln 6 gleich, die

Richtung der Luftrelativgeschwindigkeit w_a innerhalb der Leitschaufelanordnung ist jedoch wesentlich von der Richtung der Unterkanten der Schaufeln 6 verschieden. Deshalb wird der Strömungswiderstand der Luft aus der Leitschaufelanordnung 4 in den Rotor 2 größer als der Strömungswiderstand der Luft aus der Leitschaufelanordnung 3. Infolgedessen strömt die Luft aus dem Strömungskanal 8 in den Strömungskanal Sa, und eine Geschwindigkeitskomponente w_a aus der Leitschaufelanordnung 4 in Richtung des Rotors 2, wie in F i g. 1 (α) angegeben, kann sich nicht ausbilden.

Innerhalb des Strömungskanals 9,9 a auf der jeweils anderen Seite der Längstrennwand 5 strömt die Luft aus demselben Grund von 9 und 9 a, so daß sich in den Strömungskanälen 9-9 α und 8-8 α einander entgegengerichtete Strömungen ausbilden. Damit kann man mittels eines einzigen Rotors 2 Luft gleichzeitig in entgegengesetzten Richtungen fördern.

Die Kantenwinkel der Leitschaufelanordnungen 3 und 4 und der Schaufeln des Rotors 2 des erfindungsgemäßen Ventilators ändern sich jeweils in Abhängigkeit von dem zu fördernden Strömungsmittel, doch im Falle von Luft empfehlen sich Anstellwinkel, wie sie in F i g. 1 (α) angegeben sind.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung gemäß F i g. 3 ist in den Aufbau des Ventilators nach F i g. 1 ein Austauscheinsatz eingefügt, und zwischen den einander entgegengerichteten Luftströmen erfolgt ein Wärmeaustausch. Der Rotor 2 ist mittels eines in dem Nabenteil 12 der Leitschaufelanordnung 4 gelagerten Motors 10 angetrieben, der durch Bolzen 13 gehalten ist. Die Leitschaufelanordnung 4 ist durch Bolzen 11 mit der Leitung 1 verbunden. Die Nabe 7 des Rotors 2 ist mittels einer Flanschwelle 15 auf die Antriebswelle 14 des Motors 10 aufgekeilt, der Rotor 2 dreht sich in Pfeilrichtung nach F i g. 3 (/).

Ein netzartiger Wärmeaustauscheinsatz 16 aus Metalldraht, beispielsweise Kupfer-, Aluminium- oder Eisendraht, ist zwischen den Schaufeln 6 des Rotors 2 eingehängt und bewirkt in hohem Grade den Wärmeaustausch zwischen den Luftströmungen, die durch die Drehung des Rotors 2 innerhalb der Strömungskanäle8-8a und 9-9 α jeweils in entgegengesetzten Richtungen gefördert werden. Im einzelnen wird der Austauscheinsatz 16 beispielsweise durch die in dem Kanal 8-8 α strömende Luft erhitzt und gibt nach entsprechender Drehung die gespeicherte Wärme an die in dem Kanal 9-9 α strömende Luft ab, wodurch man gleichzeitig automatisch mit der Förderung von Luft in entgegengesetzten Richtungen einen Wärmeaustausch zwischen den beiden Luftströmungen erhält.

Bei einem Versuchsmodell waren die wesentlichen Kenngrößen eines erfindungsgemäßen Ventilators folgende: Schaufelzahl des Rotors 2, zwanzig; axiale Länge/ [nach F i g. 3 (g)] des Rotors 2, 15 mm; Durchmesser d des Rotors, 150 mm; Schaufelzahl jeder Leitschaufelanordnung, zwanzig; axiale Länge l_a jeder Leitschaufelanordnung 5 mm; axiale Länge h des Austauscheinsatzes 16, 7,5 mm; Kantenwinkel der Schaufeln wie in F i g. 1 (α) angegeben. Wenn dieser Ventilator mit einer Rotordrehzahl von 1500 Umdrehungen pro Minute und einer Temperaturdifferenz von 20° C an den jeweiligen Einlaßseiten der einander entgegengesetzt gerichteten Luftströmungen betrieben wurde, ergab sich an den jeweiligen Ausgangsseiten eine Temperaturdifferenz von etwa 1O⁰C.

Die Beziehung zwischen der Durchflußmenge Q und dem statischen Druck H für verschiedene Rotordrehzahlen des beschriebenen Ventilators zur Förderung gleicher Durchflußmengen in jeweils entgegengesetzten Richtungen werden durch die 2-#-Kennlinien _nacn F i g. 4 angegeben. Die Brauchbarkeit und die praktische Bedeutung dieses Ventilators für Zuluft und Abluft, der an Hand der vorstehenden strömungsdynamischen Betrachtung beschrieben ist, erhellen

ίο aus diesen Versuchsergebnissen.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung nach F i g. 5 liegt das unterscheidende Merkmal gegenüber der Ausführungsform nach F i g. 3 darin, daß der gitterartige Austauscheinsatz 16, der nach F i g. 5

χ 5 auf die Rotorwelle des Rotors 2 aufgekeilt ist, außerhalb einer Leitschaufelanordnung 4 angeordnet ist.

Durch diesen Aufbau wird die Abnahme bzw. der Austausch des gitterartigen Austauscheinsatzes 16 von außen wesentlich erleichtert, so daß derselbe leicht

ao abgenommen und gereinigt werden kann, wenn sich Fremdkörper, beispielsweise Staub, auf dem Einsatz 16 niedergeschlagen haben. Bei dieser Ausführungsform ist der Motor 10 durch Tragstützen 18 gehalten, die ' · mittels Bolzen bzw. Schrauben 19 an der Leitung 1 befestigt sind. Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 bietet die Verwendung von Endflanschen der Leitung 1, die somit eine Baueinheit bildet, einen großen Vorteil und eine große Anpassungsfähigkeit hinsichtlich einer geeigneten Befestigung an Wandungen oder anderen Leitungsteilen.

Die Anordnung einer gitterartigen Wärmeaustauscheinrichtung bringt auch den Vorteil einer Schalldämmung mit sich, wenn die Wärmeaustauscheinrichtung auf der Innen- bzw. Raumseite der sich drehenden Teile angeordnet ist. Wenn die Wärmeaustauscheinrichtung getrennt von dem Schaufelrotor auf der Welle befestigt ist, setzt man vorzugsweise die Drehzahl der Wärmeaustauscheinrichtung mittels eines Getriebes auf etwa 10 bis 50 Umdrehungen pro Minute herab, wodurch die Vermischung der warmen und kalten Luftströmung vermindert wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Ventilator für Zuluft und Abluft, bei dem die Zuluft und Abluft mittels ein und desselben Lüfterrotors in parallel und entgegengesetzt zueinander gerichteten Strömen durch zwei mittels einer Trennwandung voneinander getrennte Kanäle eines gemeinsamen zylindrischen Gehäuses hindurchgeführt werden, in die der Lüfterrotor durch einen Durchbruch der Trennwandung hindurch hineinragt, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführkanal und der Abführkanal (8, 8 a, 9, 9a) durch die Längshälften eines zylindrischen Gehäuses (1) gebildet wird, die durch eine im Bereich des Lüfterrotors (2) unterbrochene Längstrennwand (5) voneinander getrennt sind, und daß zu beiden Längsseiten des Lüfterrotors (2) in den beiden durch die Längstrennwand (5) voneinander getrennten Kanälen je eine Leitbeschaufelung (3, 4) angeordnet ist, deren Leitschaufeln innerhalb jedes Kanals so ausgerichtet sind, daß der Lüfterrotor (2) in den beiden Kanälen (8, 8 a, 9, 9 a) eine Luftströmung in zueinander entgegengesetzter Richtung erzeugt, und daß eine Wärmeaustauscheinrichtung (16) vorgesehen ist, wodurch zwischen den beiden Gasströmungen ein Wärmeaustausch erfolgt.

2. Ventilator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit dem Rotor (2) umlaufende Wärmeaustauscheinrichtung (16) in netzartiger Form.

3. Ventilator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die netzartige Wärmeaustauscheinrichtung neben dem Rotor (2) angeordnet ist und sich mit diesem dreht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen