Heizlüfter Die Erfindung betrifft einen Heizlüfter zum Be lüften und/oder Beheizen von Räumen, zum Trocknen von Gegenständen, der einen durch einen Elektro motor angetriebenen Trommelläufer mit vorwärts gekrümmten Schaufeln und im Förderstrom ange ordnete Heizleiter besitzt.
Für als Kleingeräte ausgebildete ortsbewegliche Luftstrahlerzeuger wurden bisher ausschliesslich Axial gebläse verwendet. Typische Geräte dieser Art sind die sogenannten Heizlüfter. Die bekannten Geräte weisen jedoch eine Anzahl von Nachteilen auf. So ist die aus tretende Luft, wie bei jedem mit einem Propeller aus gerüsteten Gerät, stark turbulent und drallbehaftet. Die hohe Strahlturbulenz führt zu einer starken Vermi schung mit der unmittelbar den Propeller umgebenden Raumluft. Hierdurch nimmt die Strahltemperatur sehr schnell ab.
Auch wird die Zirkulationsströmung infolge ihrer Zugluftwirkung als unangenehm empfunden, da sie kühlt, statt zu erwärmen. Ein weiterer Nachteil liegt in dem geringen Strahlimpuls, wodurch die Reich weite des Strahles sehr klein ist. Weiterhin benötigt man kostspielige Heizleiter mit extrem grossen Ober flächen, da die spezielle Wärmebelastung bei den kleinen Luftgeschwindigkeiten nur gering sein kann. Ein sehr grosser Nachteil ist weiter die unangenehme Geräuschentwicklung der bekannten Propellerlüfter, bei denen die für die Lautstärke ausschlaggebende Umfangsgeschwindigkeit etwa zehnmal so gross ist wie die Austrittsgeschwindigkeit.
Schliesslich benötigen die bekannten Heizlüfter relativ starke Motoren, da die Wirkungsgrade der Axiallüfter in dem für Kleingeräte zur Diskussion stehenden Bereich der Reynold-Zahlen (kleiner 8 . 104), ausserordentlich schlecht sind. Die aufgeführten Nachteile, insbesondere die Verursachung von Zugerscheinungen und die hohe Geräuschbildung, treten nicht nur bei Heizlüftern, sondern ebenso bei Konvektoren, Klimageräten, Tischlüftern, Decken lüftern und Luftduschen auf.
Erfindungsgemäss werden diese Nachteile dadurch beseitigt, dass zwei zur Drehachse des Trommelläufers parallele Leitwandungen vorgesehen sind, von denen jede an ihrer der Peripherie des Trommelläufers am nächsten gelegene Stelle einen Mindestabstand von dieser Peripherie einhält, der dem 0,5- bis 3fachen der Schaufelerstreckung in radialer Richtung entspricht, und dass diese Leitwandungen zusammen mit parallel zur Drehachse des Trommelläufers senkrechten Ge- häuseendwandungen den Austrittskanal sowie das Gebläsegehäuse bilden, an dem der Motor befestigt ist, der den Läufer antreibt.
Die Luftgeschwindigkeiten in einem solchen Strahl erzeuger sind in bestimmten Bereichen grösser als die Umfangsgeschwindigkeit des Läufers. Hierdurch kann bei Elektrowärmegeräten einerseits ein Heizleiter mit nur geringer Oberfläche und mit geringer Grösse, also auch mit geringem Preis, Verwendung finden. Auch an dere Wärmetauscher können kleiner als in bekannten vergleichbaren Geräten ausgebildet werden.
Ein weiterer Vorteil der Gebläse liegt in den extrem kleinen Abmessungen. Aus diesem Grund eignen sie sich besonders für kleine Handgeräte, wie Luftduschen, bei denen darüber hinaus die Geräuscharmut von grosser Bedeutung ist. Auf Grund der kleinen Dreh geschwindigkeit und der erfindungsgemässen Gehäuse ausbildung ist das Geräusch so gering, dass die Geräte oft praktisch nicht hörbar sind. Die hohe Druckziffer dieser Gebläse erlaubt auch die Vorschaltung von Trocken- oder Nassfiltern bei Raumluftgeräten.
Da das Geschwindigkeitsprofil der Strömung in erster Näherung dem Geschwindigkeitsprofil in einem Potentialwirbel entspricht, ist es zweckmässig, die Heizelemente so anzuordnen, dass der entscheidende Teil der Wärme durch die schnellen wirbelkernnahen Stromröhren abgeführt wird.
Anhand der Figuren soll die Erfindung beispiels weise näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Luftstrahlerzeuger nach der Erfindung senkrecht zu der Drehachse des Trommelläufers.
Die Fig. 2 bis 10 stellen verschiedene Heizgeräte für unterschiedliche Zwecke unter Verwendung erfindungs gemäss ausgebildeter Trommelläufer dar.
In den Figuren sind fast durchwegs schematische Schnittansichten dargestellt. Die Schnitte liegen mit Ausnahme von Fig. 2, 6 und 9 in Ebenen, in denen einzelne Stromlinien verlaufen. In den Schnitten wird schematisch der Strömungsverlauf des Durchsatz mediums angedeutet. Die Linien entsprechen dabei etwa den Isotachen, d. h. den Linien gleicher Strö mungsgeschwindigkeit.
In Fig.l ist im Querschnitt ein zylindrischer Trommelläufer 1 dargestellt, der in einem Gehäuse 2 drehbar gelagert ist. Der zylindrische Trommelläufer 1 weist zwei geschlossene Stirnflächen auf. Zwischen den geschlossenen Stirnflächen des Trommelläufers 1 erstrecken sich die Schaufeln 3, deren Innenkanten und Aussenkanten auf der Innen- bzw. Aussenfläche 7 bzw. 8 eines gedachten, zur Drehachse 0 konzentrischenHohl- zylinders liegen. Die Schaufeln 3 selbst sind in Dreh richtung des Schaufelrades vorwärts gekrümmt.
Wenn ein Schaufelzylinder der dargestellten Art ohne irgendwelche äusseren Leitflächen oder Leit- körper in Drehung versetzt wird, bildet sich bei einer bestimmten Wahl der Schaufelparameter ein Wirbel feld aus, dessen Unterdruckzentrum nahe an der Peripherie 8 des Trommelläufers liegt und das mit dem Trommelläufer 1 umläuft und dessen Lage nicht stabil ist. Die Lage des Wirbelfeldes wird mittels eines sich über nur einen kleinen Umfangsbereich 8 des Schaufel gitters erstreckenden und die Saugseite S von der Druckseite P trennenden Leitkörpers 10 stabilisiert.
Der Leitkörper 10 ist dabei so angeordnet, dass zwi schen der Peripherie 8 des Schaufelgitters 1 und der dieser Peripherie gegenüber angeordneten Wandung 11 des Leitkörpers 10 ein Kanal gebildet wird, durch den ein Teil der druckseitigen Strömung ausserhalb des Schaufelgitters in dasselbe zurückströmen kann und damit einen Teil der Wirbelkernströmung im Wirbel kerngebiet V bildet. Erfindungsgemäss beträgt der Abstand der Wandung 11 von der Peripherie 8 des Schaufelgitters das 0,5- bis 3fache der Schaufelabmes sung in radialer Richtung. Der Kanal kann, in Dreh richtung 5 des Schaufelgitters gesehen, sowohl konver gieren als auch parallel ausgebildet sein, als auch diver gieren.
Die wesentliche Funktion des Kanals besteht darin, dass durch den im Inneren des Schaufelgitters sich ausbildenden Unterdruck ein Teil der druckseiti- gen Strömung in den Läufer zurückgeführt wird und dadurch einen Wirbelkern bildet, der die Saugseite von der Druckseite trennt. Die Abdichtung von Saug- und Druckseite erfolgt deshalb nicht wie bei bekannten Querstromgebläsen durch feste Leitwände, sondern durch das Durchsatzmedium selbst.
Dem Leitkörper 10 gegenüber ist eine Leitwand 9 angeordnet, die zusammen mit der Wandung 12 des Leitkörpers 10 einen druckseitigen Austrittskanal bildet. Die Ausbildung des druckseitigen Austritts kanals kann entsprechend der Verwendungsart des Gebläses oder der Pumpe verändert werden.
Durch die Wandung 9 und den Leitkörper 10 wird ein Eintrittsbereich<I>S</I> und ein Austrittsbereich<I>P</I> bestimmt, die sich zusammen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über einen Zentriwinkel von etwa 330 erstrecken. Der Eintrittsbereich S erstreckt sich in den Radialebenen dabei um einen Zentriwinkel u von etwa 180 ; dieser Zentriwinkel ist also grösser als der Zentriwinkel ss, über den sich der Austrittsbereich erstreckt.
Die Wandung 11 des Leitkörpers 10 er streckt sich nur über einen Umfangsbereich von etwa 20 bis 40 , so dass ein kleines Wirbelkerngebiet V zwischen der Ein- und Ausströmung der wirbelkern- nahen Stromröhren erhalten wird und damit der für die Durchsatzströmung zur Verfügung stehende Raum gross ist. Die Wandung 9 besitzt an jeder Stelle einen Abstand von der Peripherie 8 des Schaufelgitters 1. An der Stelle 13 ist der Abstand der Wandung 9 von der Peripherie 8 des Schaufelgitters am kleinsten. Erfindungsgemäss beträgt dieser Abstand das 0,5- bis 3fache der Schaufelabmessung in radialer Richtung. Der Abstand nimmt stetig in Strömungsrichtung zu.
In den Fig. 2 und 3 ist ein einfacher Heizlüfter mit einem erfindungsgemässen Gebläse dargestellt. Fig.2 zeigt diesen Heizlüfter von vorne, während Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 111-11I in Fig. 2 zeigt. Der sich in Richtung des Pfeiles 5 drehende Trommelläufer 1 saugt einen Luftstrom durch den mit Schlitzen und Öffnungen versehenen Wandteil 22 des Gehäuses 23. Der Wandteil 29 des Gehäuses ist geschlossen und ent spricht der Leitwand a in Fig. 1.
Desgleichen entspricht der aus den Wandteilen 21 und 20 bestehende Leit- körper dem in Fig. 1 dargestellten Leitkörper 10. Die Wandungsteile 20, 21, 22 und 29 des Gehäuses er strecken sich längs dem zylindrischen Trommelläufer 1 und sind mit Gehäusestirnwänden 24 und 24a fest verbunden. Der Läufer 1, dessen Schaufeln 3 an Stirnwandungen 6 und 6a befestigt sind, ist mit Achs stummeln in den Stirnwandungen 24 und 24u des Gehäuses drehbar gelagert.
Der Trommelläufer wird vorzugsweise über eine kardanische Anlenkung von dem Motor 28 direkt angetrieben (Fig.6). Wie in Fig. 3 dargestellt ist, befindet sich in dem Austritts diffusor des Gebläses, der durch die Wandungsteile 21 und 29 sowie die Stirnwandungen 24 und 24a gebildet wird, ein Heizelement 25, das beweglich an dem Ende einer Bimetallspirale 26 angeordnet ist.
Wenn das Heizelement sich in der durch die gestrichel ten Linien in dem Austrittskanal dargestellten Stellung befindet, deckt es die Diffusorwandung 21 ab, wodurch ein Austrittskanal mit parallelen Wandungen, die von dem Heizelement 25 und der Gehäusewandung 29 gebildet werden, entsteht. In dieser Stellung wird die Luft nicht erwärmt und tritt als Parallelstrahl mit grosser Reichweite aus dem Austrittskanal aus. Dabei bildet sich infolge der erfindungsgemässen Anordnung der Gehäusewandungen bei richtiger Wahl der Schau felparameter, wie in Zusammenhang mit der Fig. 1 beschrieben wurde, im Inneren des Schaufelgitters eine Wirbelströmung aus, die nahezu der einer Potential wirbelströmung entspricht.
Wird nun das Heizelement eingeschaltet und in die dargestellte Stellung gebracht, so wird die Wirbelströmung im Inneren des Schaufel gitters 1 gestört, wobei die schnellen Stromröhren abge lenkt und verlangsamt werden und die Luftförderung abnimmt. Hierdurch wird die für den Heizbetrieb er forderliche hohe Luftaufwärmung erzielt, während gleichzeitig die Geschwindigkeit des divergierend aus tretenden Strahls mit zunehmendem Abstand vom Heizgerät stark abnimmt. Die Bimetallspirale 26 sorgt dafür, dass das Heizelement 25 ausreichend durch den Luftstrom abgekühlt wird.
Wird nämlich das Heiz- element zu heiss, dann verdreht die Bimetallspirale das Heizelement in der Richtung des Uhrzeigersinns, so dass der Förderstrom wieder zunimmt und die Kühlung des Heizelementes zunimmt. Damit wird eine automa tische Regulierung der Wärmeübertragung von dem Heizelement an die durchströmende Luft bewirkt.
Die Verschiebung des Heizelementes aus der mit gestrichelten Linien dargestellten Stellung in die Heiz- stellung kann einerseits dadurch erfolgen, dass das Heiz- element selbst von einer Stellung in die andere gleich zeitig mit dem Einschalten des Stromes verschwenkt wird, es kann aber auch dadurch erfolgen, dass, wenn der Heizstrom eingeschaltet wird, die Bi-Metallspirale das Heizelement selbsttätig durch die Einwirkung der Wärme in die dargestellte Stellung entgegen dem Uhr zeigersinn verdreht.
Wird der Strom wieder ausge schaltet, stellt sich das Heizelement selbsttätig im Sinne des Uhrzeigers in die gestrichelt dargestellte Stellung zurück. Das in den Fig. 2 und 3 dargestellte Gerät kann auch mit einem unbeweglich angeordneten elektrischen Heizregister ausgerüstet sein, das an den Stirnwänden 24 und 24a des Gehäuses fest angeordnet ist.
In Fig. 4 ist ebenfalls ein Lüfter für Warm- und Kaltluft im Querschnitt dargestellt, bei dem die sich parallel zur Drehachse des Schaufelgitters 1 erstrecken den Wandungsteile 42 und 49 zwischen zwei stirn- seitigen Gehäusewandungen 44 fest angeordnet sind, von denen nur eine zu sehen ist. Der Wandungsteil 42 ist dabei wie der Wandungsteil 32 in Fig. 3 geschlitzt oder perforiert ausgebildet. Durch diesen Wandungs- teil 42 wird die Luft in das Gebläse eingesaugt.
An der Innenseite des Wandungsteiles 42, der das Gehäuse 43 mit Ausnahme des Austrittskanals 46 an den Seiten abschliesst, ist ein Filtertuch oder eine Filterschicht 47 angeordnet, die die durch das Gebläse geförderte Luft reinigt. Im Austrittskanal sind elektrische Heiz- spiralen 45 angeordnet, durch die die Luft erwärmt werden kann. Das Gebläse selbst ist entsprechend den erläuterten Prinzipien konstruiert. In Fig.5 ist eine Klimaanlage im Querschnitt dargestellt, die zum Beheizen eines Raumes dient, wo bei ein erfindungsgemässes Schaufelgitter 1 die Luft durch einen Luftaustrittskanal 51 in den Raum fördert.
Die Luft kann aus einem durch ein Filter 52 abgeschlossenen Raum sowie aus einem Ansaugkanal 53, der mit einer Frischluftversorgung, beispielsweise mit dem Freien, verbunden ist, angesaugt werden. Die Vermischung der Raumluft mit der Frischluft, die durch den Kanal 53 angesaugt wird, kann mittels einer Klappe 54 nach Belieben geregelt werden. Im Aus trittskanal des Rotors sind Heizrohre 55 angeordnet, die von parallel zur Zeichenebene sich erstreckenden Rippen 56 umgeben sind. Die Luft, die zwischen den Rippen 56 in den Raum strömt, wird von Leitwandun- gen 57 geführt, die Austrittsdiffusoren bilden.
Die Leitwandungen, welche die Stabilisierung und die Führung der Strömung bewirken und von denen lediglich der Leitkörper 50 dargestellt ist, sind ent sprechend den Prinzipien, wie sie in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurden, ausgebildet.
In den Fig. 6 bis 10 sind drei transportable Geräte zum Erzeugen eines Heissluftstrahles dargestellt. Die in den Fig. 6 und 7 im Längsschnitt und im Querschnitt längs den angezeigten Schnittlinien dargestellte Vor richtung ist eine Heissluftdusche. In dem Griff 60 dieser Heissluftdusche befindet sich der Motor 63 für den Antrieb des Trommelläufers 1, der sich in einem mit dem Griff 60 fest verbundenen Gehäuse 61 befindet. Der Rotor ist mit einem Achsstummel in der äusseren Stirnwandung 62 des Gehäuses drehbar gelagert.
Mit dem anderen Ende ist der Rotor auf einem Mitnehmer 64, der sich auf der Motorwelle befindet, kardanisch angelenkt, so dass sich eine unterschiedliche Fluchtung der Drehachse des Rotors 1 und der Antriebswelle des Motors 64 nicht auswirken kann. Wie in Fig. 7 dar gestellt ist, besitzt das Gehäuse an der Saugseite einen unterbrochenen Wandungsteil 68, durch den die Luft einströmt, wogegen die Wandungsteile 65 und 69, die den Austrittskanal begrenzen, dicht sind.
Die Ausbildung des Gehäuses ist wiederum so, dass sich die im Zusammenhang mit der Fig. 1 erläuterte Zirkulationsströmung im Inneren des Schaufelgitters ausbilden kann. Der verlängerte Austrittskanal des Gehäuses ist in Einzeldüsen 68 unterteilt, die sich un mittelbar an den die Lage des Wirbelfeldes stabilisie renden Leitkörper 67 anschliessen, so dass die schnellen Stromröhren MFdirekt in diese Düsen einstrahlen. Die Düsen konvergieren gegen ihr vorderes Ende zu, wo durch eine Strahlwirkung erreicht wird. In dem Aus trittskanal des Gehäuses ist vor der Stelle, an der dieser sich in einzelne Düsen 68 aufteilt, eine Heizwicklung 66 angeordnet, über die der von dem Gebläse geförderte Luftstrahl hinweggeführt wird.
In Fig. 8 ist eine weitere Ausführungsform einer Heissluftdusche dargestellt. Ein Griff 80 trägt das Gebläsegehäuse, das den Rotor 81 umgibt und das einen verlängerten Austrittskanal 82 besitzt, in dem die Heizelemente 84 angeordnet sind. Vorzugsweise ist das Gehäuse 82 gegenüber dem Griffteil 80 verschwenkbar angeordnet. Vor den Heizleitern 84 ist im Austritts kanal 87 ein drehbares Blech 88 angeordnet, das um die Achse 89 verschwenkt werden kann: Dieses Blech 88 dient dazu, den Turbulenzgrad der aus dem Austritts kanal 87 austretenden Strömung zu erhöhen.
Das Gehäuse 82 ist wiederum so ausgebildet, dass sich ein die Lage des Wirbelfeldes im Inneren des Schaufel gitters stabilisierender Leitkörper 83' und eine diesem Leitkörper gegenüber angeordnete Leitwand 86 ergibt.
In den Fig. 9 und 10 ist im Längs- und Querschnitt längs den mit römischen Zahlen angezeigten Schnitt linien eine weitere Form einer erfindungsgemässen Heissluftdusche dargestellt. Das Gehäuse 91, das eine kurze, zylindrische Form besitzt, die sich an der Stelle des Auslasskanals 98 etwas erweitert, ist auf einem langgestre@kten Griff 90 befestigt, in welchem sich der Antriebsmotor 92 für den Läufer befindet. Der Motor 92 und der Läufer 1 sind koaxial zu dem Griff ange ordnet. Der Läufer besteht aus einer Kreisscheibe 94, auf welcher der Achsstummel, der vom Motor ange trieben wird, befestigt ist. Auf dieser Kreisscheibe sind die Schaufeln 93 fest angeordnet.
Die andere stirn- seitige Begrenzung des Zirkulationsraumes erfolgt durch eine, mit dem Gehäuse fest verbundene dichte Wand 99, an deren dem Rotor zugekehrten Seite Träger 95 angeordnet sind, die in den Zirkulationsraum in der dargestellten Weise hineinragen. An diesen Trägern 95 sind Heizspiralen 97 befestigt. Die seitlichen Gehäuse wandteile sind wiederum so ausgebildet, dass sie den das Wirbelfeld stabilisierenden Leitkörper 100 sowie die diesem Leitkörper gegenüber angeordnete Leit- wand 100a bilden. Der andere Seitenteil 96 des zylindrischen Gehäuseteiles ist durchbrochen ausge bildet, so dass durch diesen Teil die Luft angesaugt werden kann.