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Wandlufterhitzer
Die Erfindung betrifft einen Wandlufterhitzer, der in einem Gehäuse einen von Heissluft oder - gasen, Dampf oder Wasser durchströmten Wärmeaustauscher und ein Gebläse enthält, das Kaltluft ansaugt, sie an den Wärmeaustauschflächen des Wärmeaustauschers vorbeiführt und in den zu wärmenden Raum einbläst, wobei das Gebläse als im Gehäuse Seite an Seite mit dem Wärmeaustauscher vorgesehenes, die Gestalt einer langgestreckten Walze besitzendes Querstromgebläse ausgebildet ist und die Eintrittsöffnungen für die Kaltluft an einer der Seitenwände des Gehäuses vorgesehen sind.
Wandlufterhitzer dieser Art werden in Werkhallen oder ähnlichen grösseren Räumen, z. B. an Wänden oder an Säulen, Pfosten usw. angebracht. Damit sie an solchen Tragpfosten oder Säulen in Lager-oder Fabrikhallen befestigt werden können, ohne dass sie seitlich weiter über diese Pfosten vorstehen, müssen sie schmal gebaut sein. Damit sie weiterhin keine Behinderung für die Bewegung von Vorrichtungen und Geräten, wie Kränen od. dgl. darstellen, müssen sie nur eine geringe Tiefe haben.
Bei bekannten Anordnungen der hier in Frage stehenden Art sind die Gebläse zum Fördern der zu erwärmenden Kaltluft als Axialgebläse oder Radialgebläse ausgebildet, was zu Schwierigkeiten führt, da einerseits die Abmessungen der Gesamtvorrichtung bei Anwendung solcher Gebläse nur schwer so gering gehalten werden können, wie es erwünscht ist, und anderseits Radialgebläse komplizierte Luftumlenkvorrichtungen erfordern und Axialgebläse zu hohe Geräusche ergeben.
Wenn man zudem noch, wie allgemein als erstrebenswert angesehen wird, um Raum zu sparen, eine grosse Wärmeaustauscherfläche pro Raumeinheit unterbringen will, was zur Folge hat, dass die Kühlluft einen relativ hohen Widerstand zu überwinden hat, müssen die Gebläse zum Fördern der zu erwärmenden Kaltluft mit hoher Umfangsgeschwindigkeit betrieben werden, was bei Anwendung von Radial-oder Axialgebläsen dazu führt, dass die erzeugten Geräusche hoch sind und bei vorgegebener Drehzahl grosse Gehäuseabmessungen nicht zu umgehen sind. Dies bringt jedoch die oben erwähnten Nachteile mit sich.
Weiterhin sind sogenannte Heizlüfter bekanntgeworden, die an sich nur zum Beheizen kleinerer Räume dienen und bei denen die Gebläseachse horizontal verläuft, ausserdem eine Brennkammer nicht vorhanden ist. Bei diesen bekannten Anordnungen, denen an sich andere Probleme zugrunde liegen, ergibt sich wieder der Nachteil eines grossen, nicht tragbaren Raumaufwandes, was sich insbesondere dann nachteilig bemerkbar machen würde, wenn man diese Geräte entgegen der ursprünglichen Absicht als Wandlufterhitzer in Werkhallen verwenden wollte. Demgegenüber liegt der Erfindung das Problem zugrunde, einen Wandlufterhitzer der hier in Frage stehenden Art zu schaffen, der denkbar wenig Raum in Anspruch nimmt, ohne dass hiebei seine Leistungsfähigkeit ungünstig beeinflusst wird.
Zu dem oben genannten Zweck ist gemäss der Erfindung beim neuen Wandlufterhitzer vorgesehen, dass im Gehäuse Seite an Seite mit dem Gebläse und dem Wärmeaustauscher auch noch eine das Beheizungsmedium für den Wärmeaustauscher liefernde Brennkammer vorgesehen ist, dass das Gebläse, der Wärmeaustauscher und die Brennkammer jeweils die Gestalt eines langgestreckten prismatischen Körpers und hiebei annähernd die gleiche axiale Erstreckung haben und dass die Längsachsen des Gebläses, des Wärmeaustauschers und der Brennkammer lotrecht oder annähernd lotrecht verlaufen.
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Die neue Anordnung macht es möglich, einen besonders raumsparenden Aufbau für den neuen Wandlufterhitzer vorzusehen und gestattet es, den Wärmeaustauscher auf seiner gesamten Länge ohne aufwendige Leitblechkonstruktionen zu beaufschlagen, so dass der Wirkungsgrad des Wärmeaustauschers besonders gut ist.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Fig. l zeigt eine erste Ausführungsform des Wandlufterhitzers gemäss der Erfindung in einer Seitenansicht zu einem lotrechten Schnitt, Fig. 2 die Anordnung nach Fig. l in einem Schnitt nach Linie IV-IV in Fig. l, Fig. 3 die Gebläsewalze der Anordnung nach den Fig. l und 2 zusammen mit der dieser Walze zugeordneten keilartigen Wirbelzunge und der Verstelleinrichtung für diese Wirbelzunge in perspektivischer Darstellung, Fig. 4 einen Teil des Brenners gemäss der Erfindung in einer Seitenansicht in schematischer Darstellung, Fig. 4a ein Brennerrohr einer Variante zu der Anordnung nach Fig. 4 in einer Seitenansicht zu einem lotrechten Schnitt in grösserem Massstab, Fig.
5 ein Abgasführungsrohr des Wärmeaustauschers einer Anordnung gemäss der Erfindung in einer Seitenansicht zu einem lotrechten Schnitt, Fig. 6a die Brennkammer einer Anordnung gemäss der Erfindung in einer Draufsicht auf einen waagrechten Schnitt in schematischer Darstellung, Fig. 6b die Anordnung nach Fig. 6a in einer Seitenansicht, Fig. 6c eine Variante zu der Anordnung nach Fig. 6a ebenfalls in einer Draufsicht auf einen waagrechten Schnitt und in schematischer Darstellung, Fig. 7 eine weitere abgewandelte Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung in einer Seitenansicht in schematischer Darstellung, Fig. 8 eine andere abgewandelte Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung in einer Draufsicht auf einen waagrechten Schnitt, der etwa dem Schnitt nach Linie IV-IV in Fig. l entspricht, Fig.
8a eine Variante zu der Anordnung nach Fig. l in ähnlicher Ansicht in Teildarstellung und Fig. 8b eine weitere Variante zu der Anordnung nach Fig. 8 in einer Darstellung entsprechend derjenigen nach Fig. 8.
Alle in den Zeichnungen dargestellten Wandlufterhitzer besitzen ein Gehäuse, einen Wärmeaustauscher, der mit Heissluft, Heissgasen, Dampf, Wasser usw. betrieben wird, und ein Gebläse, das Kaltluft ansaugt, sie an den Wärmetauschflächen des Wärmetauschers vorbeiführt und in den zu wärmenden Raum einbläst. Bei allen in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen des Gegenstandes der Erfindung ist das Gebläse als Querstromgebläse mit einer langgestreckten Gebläsewalze ausgebildet, deren Drehachse lotrecht oder annähernd lotrecht angeordnet ist.
In allen Fällen ist weiterhin das Gebläse Seite an Seite mit dem Wärmeaustauscher vorgesehen, wobei an einer Seitenwand des Gebläses die Lufteintrittsöffnungen angeordnet sind und der Wärmeaustauscher sich zwischen den Lufteintrittsöffnungen und dem seitlich neben ihm angeordneten Gebläse befindet, und wobei weiterhin die axiale Erstreckung der Gebläsewalze und des Wärmeaustauschers einander etwa entsprechen.
Bei der Anordnung nach den Fig. l und 2 ist im Gehäuse-20-Seite an Seite mit dem Gebläse --21-- und dem Wärmeaustauscher --22-- auch noch die Brennkammer-23angeordnet, die ebenfalls die Gestalt eines langgestreckten prismatischen Körpers mit lotrechter oder annähernd lotrechter Längsachse besitzt. Auch die Brennkammer hat annähernd die gleiche axiale Erstreckung wie die Gebläsewalze.
Das Gebläse, der Wärmeaustauscher und die Brennkammer sind hiebei einander so zugeordnet, dass ihre Längsmittelachsen die Kanten eines im Querschnitt dreieckigen langgestreckten Prismas bilden, wobei die die Längsmittelachsen des Gebläses und der Brennkammer enthaltende Ebene und die die Längsmittelachsen der Brennkammer des Wärmeaustauschers enthaltende Ebene miteinander einen Winkel bilden, der kleiner als 90 ist und vorzugsweise zwischen 30 und 600 beträgt, wie insbesondere aus Fig. 2 zu erkennen ist.
Der Wärmeaustauscher-22--befindet sich im Bereich der Saugseite des Gebläses, die Brennkammer im Bereich der Druckseite des Gebläses, der Wärmeaustauscher befindet sich innerhalb des Gehäuses zwischen dem Gebläse und den Einlassöffnungen-24-, die Brennkammer befindet sich innerhalb des Gehäuses zwischen dem Gebläse und den Austrittsöffnungen-25-für die Warmluft. Hiebei wird die Luft, wie die Pfeile zeigen, an einer Längsseite des die Gestalt eines Prismas besitzenden Gerätekörpers angesaugt und an der Stirnseite dieses Gerätekörpers abgesaugt.
Insgesamt ist die Anordnung so getroffen, dass die Luft vom Einlass her zunächst durch den Wärmeaustauscher hindurchgesaugt, sodann durch das Gebläse hindurchgeführt und nach einer Umlenkung von mindestens 2700 an der Brennkammer vorbei durch den Auslass nach aussen gedrückt wird. Es wird dadurch erreicht, dass ein besonders guter Wärmeübergang zwischen Brennkammer und Kühlluft erzielt wird, zumal wenn man mit später noch zu erörternden Mitteln die Turbulenz der Luftströmung noch erhöht. Der Wärmeübergang wird ausserdem noch dadurch verbessert, dass man nunmehr den Wärmeaustauscher mit besonders grossen Geschwindigkeiten anströmen kann.
Dadurch, dass das Gebläse durch den Wärmeaustauscher und durch die Brennkammer nach aussen hin abgedeckt ist, werden die vom Gebläse abgestrahlten Geräusche sehr
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--26a, 26b, 26c--Seite. --44-- ist die Ölzuführungsleitung, --45-- ist der Träger für das Gehäuse der Vorrichtung, --45a und 45b-sind Wandbefestigungen.
Bei dem in Fig. 4 der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel ist das ölzuführungsrohr
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eingelassen ist. Bei der Variante gemäss Fig. 4 ist die Düse --47a-- am Brennerrohr --46a-- als Rücklaufdüse ausgebildet, mit deren Hilfe man den öldurchsatz kontinuierlich oder in Stufen verändern kann. Die dazu notwendige Anpassung der Menge der Verbrennungsluft wird dadurch vorgenommen, dass man die Wirbelzunge verdreht, wie oben bereits beschrieben worden ist. Die Verstelleinrichtung zum Verstellen der Wirbelzunge wird durch den von der Düse kommenden Rücklaufstrom über die Leitung-46b-und das Regelventil --46c-- sowie das Zahnradgetriebe --46d-- betätigt oder gesteuert.
In diesem Falle ist die Wirbelzunge bei --49-- gezeigt. --50a-- ist ein die ölzuführung --46a-- beherrschendes Magnetventil, --48a-- ist die Stauscheibe,--50b-ist das Brennerrohr, in das die Verbrennungsluft gemäss Pfeil-50c-eintritt.-50d-ist in diesem Falle die Stauscheibe.
Mit der Verstellung der Wirbelzunge des Gebläses kann man den Luftdurchsatz kontinuierlich verstellen, ohne die Gebläsedrehzahl verändern zu müssen, so dass man nunmehr in der Lage ist. den Lufterhitzer kontinuierlich mit verschiedenen Wärmeleistungen zu betreiben oder bei gegebener Wärmeleistung die Luftaustrittstemperatur zu verändern. Die Leitbleche und die Wirbelzunge sind zweckmässigerweise beim Gebläseteil zum Fördern der zu erwärmenden Luft und beim Gebläseteil zum Fördern der zu verbrennenden Luft verschieden.
Es ist schwierig, einen Wärmeaustauscher, der lange Abgasführungsrohre enthält, so zu gestalten, dass er in Längsrichtung gleichmässige Wärme abgibt, was auf die Eigenart der Strömung von heissen Gasen in Rohren berücksichtigt werden muss. Bei den bekannten Anordnungen sind die Abgasführungsrohre in der Regel mit ihrem Ende an einer Grundplatte angeschweisst oder durch Einbördeln der Enden befestigt, so dass sich ein scharfkantiger, etwa rechtwinkeliger Übergang zwischen Boden und Rohr ergibt. Die in Form einer Senkenströmung in das Rohr eintretende Strömung löst sich an dieser scharfen Kante ab und legt sich an die Rohrwand erst wieder nach Zurücklegen einer Strecke an, die dem Mehrfachen eines Rohrdurchmessers entspricht.
Die Strömung beruhigt sich in Strömungsrichtung und ihr Profil nimmt Parabelform an, wie bei --51-- in Fig. 5 gezeigt ist. Am Anfang des Rohres entsteht somit eine Verwirbelung der Strömung, die einen intensiven Wärmeübergang zwischen den heissen Gasen und der Rohrwand zur Folge hat. Dies führt zu hohen Temperaturspitzen, was eine rasche Zerstörung der Abgasführungsrohre nach sich ziehen kann. Durh die anschliessende starke Beruhigung der Strömung sinkt der Wärmeübergang wieder erheblich. Das am Anfang thermisch überbeanspruchte Rohr wird später nicht mehr voll ausgenutzt.
Selbst ein Rippenrohr
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hier Abhilfe, indem die Enden der Abgasführungsrohre des Wärmeaustauschers gemäss der Erfindung an den Stellen, an denen die Verbindung mit der Grundplatte des Wärmeaustauschers stattfmdet, einlaufförmig ausgebildet sind, wie bei-52a, 52b- an dem Rohr-30a-gemäss Fig. 5 gezeigt ist.
Hiedurch wird die hohe Anfangsspitze des Verlaufs von--ai--vermieden, eine Strömungsablösung und damit auch die gefährliche Übertemperatur verhindert. Erfindungsgemäss kann man auch vorsehen, dass die Rohre innen Turbulenzelemente --53-- enthalten, die als langgestreckte Wendel oder spiralenförmig in sich verbundenes Blech ausgebildet und aus einem Lochblech hergestellt sein können.
Diese Turbulenzelemente beginnen zweckmässig in einer Entfernung --3d-- vom Anfang des Abgasführungsrohres des Wärmeaustauschers, wenn-d-der Rohrdurchmesser ist, und sie reichen fast bis ans Ende der Rohre. Diese Turbulenzelemente verbessern den schlechten Wärmeübergang im Bereich der beruhigten Rohrströmung, indem sie eine Turbulenz erzeugen, welche die sich an der Wand bildende Grenzschicht zerstört, so dass die heissen Gase aus der Kernströmung mit der Wand unmittelbar in Berührung kommen.
Die oben geschilderten Schwierigkeiten mit Bezug auf den Wärmedurchgang bei den
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Wärmeaustauscherrohren sind auch beim Wärmeaustausch zwischen den Brennkammerwänden und der vorbeistreichenden Kühlluft vorhanden. Normalerweise würde sich die anfangs vom Gebläse her mit relativ grosser Turbulenz auf die Brennkammer stossende Luft beruhigen, sobald sie in die Stellen des Luftführungskanals eintritt, an denen gemäss den Fig. 6a und 6b die Wände dieses Kanals --35-- an den der Brennkammer gegenüberliegenden Stellen jeweils eine Ausbauchung--35'und 35"-- besitzen, die dem Brennkammerumfang entsprechend geformt ist.
Wenn die Kühlluft in den Zwischenräumen-35a und 35b--strömt, die zwischen der Brennkammer und den oben erwähnten Ausbauchungen vorhanden sind, bilden sich dicke Grenzschichten, die den Wärmeübergang stark behindern. Die Brennkammer beginnt an dieser Stelle zu glühen. Um hier Abhilfe zu schaffen, sieht die Erfindung vor, an der Aussenwand der Brennkammer etwa radial nach aussen gerichtete Stör- oder Stolperbleche --54-- anzuordnen, die eine Strömungsablösung mit starker Turbulenzbildung bewirken, und hiedurch wird der Wärmeübergang zwischen den Brennkammerwänden und der Kühlluft wesentlich verbessert.
Man kann die Stör-und Stolperbleche sich über die gesamte Höhe der
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somit die Erzielung einer langen schmalen Flamme, ohne dass eine überhitzung der Brennkammerwand zu befürchten ist.
Wenn man den zu beheizenden Raum auch noch mit Frischluft versorgen will, kann man der eintrittsseitigen Gehäusewand-60-eine sich über die gesamte Gehäusehöhe und über die gesamte Seitenwandbreite erstreckende zusätzliche Seitenwand-61-vorschalten, die mit der Gehäuseseitenwand --60-- einen Luftführungskanal --62-- bildet, der bei der Ausführungsform nach Fig. 8 an einem Ende bei --63-- unmittelbar mit der Aussenluft in Verbindung steht und dessen anderes Ende in die Lufteintrittsöffnung-64-des Gehäuses mündet, wobei zur Vermeidung von Strömungsverlusten zur Umlenkung der Strömung dienende Leitbleche --64-- vorgesehen sind.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 8b ist der Kanal-66--, der zwischen der Gehäuseseitenwand - und der dieser vorgeschalteten, zusätzlichen Seitenwand --68-- enthalten ist, mit der Aussenluft über einen Frischluftkanal --69-- verbunden. Bei dieser Anordnung ist es möglich, Frischluft von aussen in den Lufterhitzer einzuführen. Um die Kanalverluste auszugleichen, kann ein zusätzliches Gebläse-70-im Luftführungskanal oder Frischluftkanal oder an der Verbindungsstelle zwischen diesen beiden Kanälen vorgesehen sein, dessen Läufer eine Drehachse hat, die parallel zu derjenigen des Läufers des Hauptgebläses verläuft.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 8a besitzt der Luftführungskanal --71-- eine Öffnung --72-- zu dem zu beheizenden Raum hin, der eine Klappe --73-- zugeordnet ist, die beliebig zwischen einer Offenstellung und einer Schliessstellung hin und her verschwenkbar ist. Bei einer solchen Anordnung ist man in der Lage, sowohl Frischluft als auch Umluft jeweils getrennt oder beliebig miteinander gemischt zu beziehen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wandlufterhitzer, der in einem Gehäuse einen von Heissluft oder-gasen, Dampf oder Wasser durchströmten Wärmeaustauscher und ein Gebläse enthält, das Kaltluft ansaugt, sie an den Wärmeaustauschflächen des Wärmeaustauschers vorbeiführt und in den zu wärmenden Raum einbläst, wobei das Gebläse als im Gehäuse Seite an Seite mit dem Wärmeaustauscher vorgesehenes, die Gestalt einer langgestreckten Walze besitzendes Querstromgebläse ausgebildet ist und die Eintrittsöffnungen für die Kaltluft an einer der Seitenwände des Gehäuses vorgesehen sind, d a d u r c h g e k e n n - zeichnet, dass im Gehäuse Seite an Seite mit dem Gebläse und dem Wärmeaustauscher auch noch eine das Beheizungsmedium für den Wärmeaustauscher liefernde Brennkammer vorgesehen ist, dass das Gebläse,
der Wärmeaustauscher und die Brennkammer jeweils die Gestalt eines langgestreckten prismatischen Körpers und hiebei annähernd die gleiche axiale Erstreckung haben und dass die Längsachsen des Gebläses, des Wärmeaustauschers und der Brennkammer lotrecht oder annähernd lotrecht verlaufen.
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