DE102017111001A1 - Ventilation unit for refrigeration systems - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Ventilationseinheit (1) ausgebildet zum Einsatz und zur Anordnung an einer Kälteanlage, mit einem Lüfter und einem zu dem Lüfter in Reihe angeordneten Wärmeübertrager (3), wobei der Lüfter ausgebildet und gegenüber dem Wärmeübertrager (3) angeordnet ist, im Betrieb einen Luftvolumenstrom durch den Wärmeübertrager (3) hindurch und aus der Ventilationseinheit heraus zu fördern, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter als Diagonallüfter (2) ausgebildet ist und den Luftvolumenstrom im Betrieb axial ansaugt und diagonal in einem Winkel gegenüber seiner Rotationsachse (RA) ausbläst. The invention relates to a ventilation unit (1) designed for use and for arrangement on a refrigeration system, with a fan and a heat exchanger (3) arranged in series with the fan, the fan being designed and arranged opposite the heat exchanger (3) during operation to convey an air volume flow through the heat exchanger (3) and out of the ventilation unit, characterized in that the fan is designed as a diagonal fan (2) and axially draws in the air volume flow during operation and blows diagonally at an angle relative to its axis of rotation (RA).
Description
Die Erfindung betrifft eine Ventilationseinheit ausgebildet zum Einsatz und zur Anordnung an einer Kälteanlage.The invention relates to a ventilation unit designed for use and for arrangement on a refrigeration system.
Beim Einsatz von Ventilationseinheiten mit Lüfter und Wärmeübertagern, die häufig auch als Wärmetauscher bezeichnet werden, an Kälteanlagen ist problematisch, dass der Wärmeübertrager während des Betriebs kontinuierlich zunehmend vereist und mithin sein Strömungswiderstand zunimmt. Der nachgeschaltete Lüfter muss gegen den zunehmenden Strömungswiderstand arbeiten, wodurch sich sein Betriebszustand verändert. Herkömmlicherweise werden bei derartigen Ventilationseinheiten Axiallüfter bzw. Axialventilatoren eingesetzt, die auf den Strömungswiderstand des Wärmetauschers ohne Vereisung ausgelegt werden. Daraus resultiert, dass der Lüfter nur kurzzeitig im Bereich optimaler Effizienz betrieben wird, jedoch mit zunehmender Vereisung des Wärmeübertragers und dessen steigendem Strömungswiderstand sich der Betriebszustand des Lüfters aus dem Bereich des Wirkungsgradoptimums heraus bewegt. Aufgrund des erhöhten Strömungswiderstands verändert sich zudem die Abströmrichtung von einer axialen in eine mehr und mehr radiale Richtung.When using ventilation units with fans and heat exchangers, which are often referred to as heat exchangers, to refrigeration systems is problematic that the heat exchanger during operation continuously increasingly iced and thus increases its flow resistance. The downstream fan must work against the increasing flow resistance, which changes its operating state. Conventionally, axial fans or axial fans are used in such ventilation units, which are designed for the flow resistance of the heat exchanger without icing. As a result, the fan is operated only for a short time in the range of optimum efficiency, but with increasing icing of the heat exchanger and its increasing flow resistance, the operating state of the fan moves out of the range of optimum efficiency. Due to the increased flow resistance, the outflow direction also changes from an axial to a more and more radial direction.
Dabei ist neben der aus wirtschaftlicher Sicht verschlechterten Anlageneffizienz auch aus strömungstechnischer Sicht nachteilig, da sich die Wurfweite des Lüfters stark reduziert, wodurch es zu einer ungleichförmigen Temperaturverteilung in dem an den Lüfter angrenzenden Kühlraum kommt. Zudem wird radial ausgeblasene Luft anteilig direkt um den zunehmend vereisenden Wärmeübertrager zurück zu dessen Einlaufbereich gefördert und erneut durch den Wärmeübertrager hindurchgeführt, wodurch es zu einem thermischen Kurzschluss kommt.In addition to the deteriorated from an economic point of view system efficiency is also disadvantageous from a fluid engineering point of view, since the throwing distance of the fan is greatly reduced, resulting in a non-uniform temperature distribution in the adjoining the cooling fan room. In addition, radially blown air is proportionately conveyed directly to the increasingly icing heat exchanger back to the inlet region and again passed through the heat exchanger, resulting in a thermal short circuit.
Typischerweise befindet sich am Lüfter ausblasseitig ein Schutzgitter. In diesem Bereich mischt sich bei der zunehmend radialen Abströmung des Axiallüfters die sehr kalte Luft mit der Luft des angrenzenden Kühlraums (Rückströmung im Nabenbereich). In Anwendungen mit hoher Luftfeuchtigkeit kann sich Eis oder schneeähnliches Material an den Lüfterschaufeln oder dem Schutzgitter festsetzen, wodurch sich der Wirkungsgrad und die Strömungscharakteristik ebenfalls verschlechtern. Zudem kann beim Abtauen des Wärmeübertragers und stillstehendem Lüfter das Eis auf den Wandring des Lüfters fallen und durch Vereisung ein Wiederanlaufen des Lüfters verhindern.Typically, there is a protective grille on the exhaust side of the fan. In this area mixes with the increasingly radial outflow of the axial fan, the very cold air with the air of the adjacent refrigerator (backflow in the hub area). In high humidity applications, ice or snow-like material can adhere to the fan blades or guard, which also degrades efficiency and flow characteristics. In addition, when the heat exchanger defrosts and the fan is stationary, the ice can fall onto the wall ring of the fan and prevent the fan from restarting due to icing.
Das notwendige Abtauen ist generell ein nachteiliger, aufwendiger und so weit als möglich zu vermeidender Störungsprozess des eigentlichen Betriebs.The necessary defrosting is generally a disadvantageous, expensive and as far as possible avoidable disturbance process of the actual operation.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Ventilationseinheit bereit zu stellen, welche die vorstehenden Nachteile überwindet und effizienter sowie mit geringerer Abtauhäufigkeit betrieben werden kann.The invention is therefore based on the object to provide a ventilation unit, which overcomes the above disadvantages and can be operated more efficiently and with a lower defrost frequency.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by the feature combination according to
Erfindungsgemäß wird eine Ventilationseinheit ausgebildet zum Einsatz und zur Anordnung an einer Kälteanlage vorgeschlagen, mit einem Lüfter und einem zu dem Lüfter in Reihe angeordneten Wärmeübertrager, wobei der Lüfter ausgebildet und gegenüber dem Wärmeübertrager angeordnet ist, im Betrieb einen Luftvolumenstrom durch den Wärmeübertrager hindurch und aus der Ventilationseinheit heraus zu fördern. Der Lüfter ist erfindungsgemäß als Diagonallüfter ausgebildet. Bei dem Diagonallüfter wird der Luftvolumenstrom im Betrieb axial angesaugt und diagonal in einem Winkel gegenüber der Rotationsachse des Diagonallüfters ausgeblasen.According to the invention, a ventilation unit is designed for use and for arrangement on a refrigeration system, with a fan and a fan arranged in series in the heat exchanger, wherein the fan is formed and arranged opposite the heat exchanger, during operation, an air flow through the heat exchanger and out of the To promote ventilation unit out. The fan is inventively designed as a diagonal fan. In the diagonal fan, the air volume flow is sucked axially during operation and blown diagonally at an angle relative to the axis of rotation of the diagonal fan.
Der Diagonalventilator zeichnet sich in vorteilhafter Weise durch eine hohe Luftleistung auch bei höherem Gegendruck aus. Dabei ist sichergestellt, dass auch bei den im Betrieb maximal auftretenden Gegendrücken die Ausblasrichtung des Diagonalventilators stets diagonal und nicht radial ist. Seine Wurfweite bleibt auch bei einem kontinuierlich zunehmend vereisenden Wärmeübertrager im Wesentlichen unverändert groß, ein thermischer Kurzschluss durch eine außenseitige Rückströmung zum Ansaugbereich des Wärmeübertragers wird verhindert. Zudem wird eine sich hieraus ergebende stärkere Vereisung des Wärmeübertragers vermieden. Die Abtauzyklen des Wärmeübertragers werden verlängert.The diagonal fan is characterized in an advantageous manner by a high air flow even at higher back pressure. In this case, it is ensured that even with the counter pressures occurring maximally in the operation, the discharge direction of the diagonal fan is always diagonal and not radial. Its throwing distance remains essentially unchanged, even in the case of a continuously increasing heat exchanger, and a thermal short circuit through an outward return flow to the intake area of the heat exchanger is prevented. In addition, a resulting greater icing of the heat exchanger is avoided. The defrost cycles of the heat exchanger are extended.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist der Diagonallüfter ausgebildet, den Luftvolumenstrom axial anzusaugen und diagonal in einem Winkel von 10 - 80°, weiter bevorzugt einem Winkel von 25 - 60°, gegenüber seiner Rotationsachse auszublasen. Im Vergleich zu einem 0°-Ausblaswinkel eines Axiallüfters und einem 90°-Ausblaswinkel eines Radiallüfters bietet der Ausblaswinkel des Diagonallüfters von vorneherein einen Mittelwert, der über den Betrieb aufrecht erhalten werden kann.In an advantageous embodiment variant of the diagonal fan is designed to suck the air flow axially and diagonally at an angle of 10 - 80 °, more preferably an angle of 25 - 60 °, to blow out from its axis of rotation. Compared to a 0 ° blowing angle of an axial fan and a 90 ° blowing angle of a radial fan, the discharge angle of the diagonal fan a priori provides an average value which can be maintained over the operation.
Eine günstige Ausführungsform der Ventilationseinheit sieht vor, dass der Diagonallüfter ausgebildet und in der Ventilationseinheit angeordnet ist, den Luftvolumenstrom durch den Wärmeübertrager anzusaugen und aus der Ventilationseinheit heraus in eine freie Umgebung, beispielsweise in einem Kühlraum auszublasen. Der Diagonallüfter ist mithin strömungstechnisch dem Wärmeübertrager nachgeschaltet.A favorable embodiment of the ventilation unit provides that the diagonal fan is designed and arranged in the ventilation unit, to suck in the air volume flow through the heat exchanger and to blow it out of the ventilation unit into a free environment, for example in a cold room. The diagonal fan is therefore fluidly downstream of the heat exchanger.
Der Wärmeübertrager erzeugt im Betrieb durch fortschreitende Vereisung für den Diagonallüfter einen sich von einem Ausgangsströmungswiderstand mit einer ersten Widerstandskennlinie (A) zu einem Vereisungswiderstand mit einer zweiten Widerstandskennlinie (B) erhöhenden Durchströmungswiderstand. Bei der Ventilationseinheit ist eine vorteilhafte Ausführung dadurch gekennzeichnet, dass der Diagonallüfter ausgelegt ist, dass sein höchster Wirkungsgradbereich in einem Bereich einer dritten Widerstandskennlinie (C) des Wärmeübertragers ist, wobei die dritte Widerstandskennlinie zwischen der ersten und der zweiten Widerstandskennlinie (A, B) liegt. Die Widerstandskennlinien (A, B, C) sind dabei durch einen über eine geförderte Luftmenge qv [m3/h] ansteigenden Gegendruck psf [Pa] gekennzeichnet. Die Abströmung bleibt dabei auch bei maximalen Gegendrücken stets diagonal und verändert sich nicht in eine radiale Richtung, wie beispielsweise bei Axiallüftern. The heat exchanger generates in operation by progressive icing for the diagonal fan from a Ausgangsströmungswiderstand having a first resistance characteristic (A) to an icing resistance with a second resistance characteristic (B) increasing flow resistance. In the ventilation unit, an advantageous embodiment is characterized in that the diagonal fan is designed such that its highest efficiency range is in a range of a third resistance characteristic (C) of the heat exchanger, the third resistance characteristic lying between the first and the second resistance characteristic (A, B) , The resistance characteristic curves (A, B, C) are characterized by a backpressure psf [Pa] increasing over a conveyed air volume qv [m 3 / h]. The outflow remains always diagonal even at maximum back pressures and does not change in a radial direction, such as axial fans.
In einer Ausführung ist der Wärmeübertrager ausgebildet, den Luftvolumenstrom auf eine Fördermitteltemperatur von kleiner oder gleich 15°C, insbesondere 5°C zur Bildung eines Kaltluftvolumenstroms abzukühlen, wobei der Kaltluftvolumenstrom unmittelbar von dem Diagonallüfter ansaugbar und ausblasbar ist. Zwischen dem Wärmeübertrager und dem Diagonallüfter sind keine den Kaltluftvolumenstrom wärmetechnisch beeinflussenden Bauteile vorgesehen, die Ansaugung durch den Diagonallüfter erfolgt unmittelbar dem Wärmeübertrager nachgeschaltet.In one embodiment, the heat exchanger is designed to cool the air flow to a conveyor temperature of less than or equal to 15 ° C, in particular 5 ° C to form a cold air flow, the cold air flow is directly sucked and blown by the diagonal fan. Between the heat exchanger and the diagonal fan no cold air volume flow thermally influencing components are provided, the suction through the diagonal fan is directly downstream of the heat exchanger.
Die Ventilationseinheit ist in einer Weiterbildung dadurch gekennzeichnet, dass der Diagonallüfter und der Wärmeübertrager durch ein Gehäuse miteinander verbunden sind, wobei das Gehäuse einen geschlossenen Strömungskanal für den Luftvolumenstrom bzw. den Kaltluftvolumenstrom bildet.In a further development, the ventilation unit is characterized in that the diagonal fan and the heat exchanger are connected to one another by a housing, wherein the housing forms a closed flow channel for the air volume flow or the cold air volume flow.
Ferner ist auch vorteilhaft, dass die Ventilationseinheit als integrale Baueinheit zur ganzheitlichen Anordnung und Befestigung an der Kälteanlage ausgebildet ist. Die integrale Baueinheit kann als Ganzes vormontiert und geliefert werden. An den Kühlräumen muss lediglich noch der elektrische Anschluss erfolgen. Die Fehlerwahrscheinlichkeit bei der Montage wird hierdurch verringert.Furthermore, it is also advantageous that the ventilation unit is designed as an integral unit for the holistic arrangement and attachment to the refrigeration system. The integral assembly can be pre-assembled and delivered as a whole. At the cold rooms only the electrical connection has to be done. The error probability during assembly is thereby reduced.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist der Wärmeübertrager als Verdampfer ausgebildet.In an advantageous embodiment, the heat exchanger is designed as an evaporator.
Bei einer Weiterbildung umfasst die Ventilationseinheit ferner eine (Strömungs-)Leiteinrichtung, welche in einem Ausblasabschnitt des Diagonallüfters angeordnet und ausgebildet ist, den von dem Diagonallüfter in diagonaler Richtung ausgeblasenen Luftvolumenstrom in eine axiale Richtung umzulenken. Die diagonale Ausblasrichtung des Diagonallüfters kann hierdurch in eine axiale Ausblasströmungsrichtung umgelenkt und mithin die Wurfweite des Diagonallüfters vergrößert werden. Die Leiteinrichtung kann durch Teile des Gehäuses oder durch zusätzlich an dem Diagonallüfter befestigbare Leitkörper wie Leitbleche oder dergleichen realisiert werden. In einer Ausführungsvariante wird die Leiteinrichtung einteilig an dem Diagonallüfter ausgebildet, so dass die Teileanzahl minimiert ist.In a further development, the ventilation unit further comprises a (flow) guide device, which is arranged in a blow-out section of the diagonal fan and designed to deflect the volume of air blown from the diagonal fan in the diagonal direction in an axial direction. The diagonal discharge direction of the diagonal fan can thereby be deflected in an axial Ausblasströmungsrichtung and thus the throw of the diagonal fan can be increased. The guide device can be realized by parts of the housing or by additionally attachable to the diagonal fan guide body such as baffles or the like. In one embodiment, the guide is integrally formed on the diagonal fan, so that the number of parts is minimized.
Ausblasseitig kann an dem Diagonallüfter zusätzlich ein Schutzgitter oder Eingriffsschutz angeordnet werden.Ausblasseitig can be arranged on the diagonal fan in addition a protective grid or intervention protection.
Ferner kann bei der Ventilationseinheit vorgesehen werden, dass die Leiteinrichtung den Drall des von dem Diagonallüfter erzeugten Luftvolumenstroms teilweise in statischen Druck umwandelt und dadurch die Druckerhöhung, Effizienz und Wurfweite des Diagonallüfters steigert.Furthermore, it can be provided in the ventilation unit that the guide partially converts the swirl of the air volume flow generated by the diagonal fan into static pressure and thereby increases the pressure increase, efficiency and throw of the diagonal fan.
Ferner ist der Diagonallüfter in einer Ausführungsvariante mit einer mitrotierenden, die Lüfterschaufeln überdeckenden Deckscheibe ausgebildet.Further, the diagonal fan is formed in a variant with a co-rotating, the fan blades covering the cover plate.
Der Ventilationseinheit kann zudem in einem Ausführungsbeispiel ferner derart ausgebildet sein, dass die Strömungsführung in dem feststehenden Gehäuse erfolgt und der Diagonallüfter ein axiallüfterähnliches Flügelende aufweist. Zwischen dem Laufrad und den Lüfterschaufeln ist dann ein Spalt vorgesehen.In one embodiment, the ventilation unit can furthermore be designed in such a way that the flow guidance takes place in the stationary housing and the diagonal fan has an axial fan-like wing end. Between the impeller and the fan blades then a gap is provided.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
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1 eine nicht zur Erfindung gehörige Ventilationseinheit mit einem Axiallüfter gemäß dem Stand der Technik zur Veranschaulichung des Strömungsverhaltens im vereisten Zustand; -
2 die Ventilationseinheit aus1 in einem Zustand ohne Vereisung; -
3 eine erfindungsgemäße Ventilationseinheit im vereisten Zustand; -
4 ein Diagramm zur Darstellung der Auslegung der erfindungsgemäßen Ventilationseinheit
-
1 a ventilation unit not belonging to the invention with an axial fan according to the prior art for illustrating the flow behavior in the icy state; -
2 the ventilation unit off1 in a condition without icing; -
3 a ventilation unit according to the invention in the icy state; -
4 a diagram illustrating the design of the ventilation unit according to the invention
In
In
Im Betrieb saugt der Diagonallüfter
Der Wärmeübertrager
Die erfindungsgemäße Ventilationseinheit
Der Durchströmungswiderstand des Wärmeübertragers
Die erfindungsgemäße Ventilationseinheit
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