DE1503559A1

DE1503559A1 - Ventilator fuer Zuluft und Abluft

Info

Publication number: DE1503559A1
Application number: DE19651503559
Authority: DE
Inventors: Kunio Fuji
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1964-09-02
Filing date: 1965-09-01
Publication date: 1970-07-30
Also published as: US3342254A; GB1108775A; DE1503559B2

Description

A J58265

DR. ING. ERNST MAIER PATSNTASfWALT

8 MÜNCHEN 82

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1. September I965 EM/Hass/Ai.

Firma KABUSHIKI KAISHA HITACHI SEISAKUSHO, 4, 1-Chome, Marunouchi, Chiyoda-Ku, Tokyo-To, Japan

Ventilator für Zuluft und Abluft

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Ventilatoren zum Gas- und Wärmeaustausch. Insbesondere betrifft die Erfindung einen neuartigen Ventilator für Zuluft und Abluft, der gleichzeitig mittels eines Schaufelrotors (oder Läufers) Luft- bzw. Gasströmungen in zueinander entgegengesetzten Richtungen fördern soll und außerdem dabei mittels eines Wärmeaustauscheinsatzes einen Wärmeaustausch zwischen den einander entgegengerichteten Luftströmungen vermitteln soll.

Im allgemeinen können bekannte Luft- und Gasventilatoren beispielsweise Axial- oder Zentrifugalgebläse Gas nur in einer Richtung fördern, und keiner dieser Ventilatoren kann eine gleichzeitige Zuluft- und Abluftlieferung bewirken, beispielsweise wenn Luft aus einem Innenraum

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nach außen abgesaugt und gleichzeitig Außenluft in den Innenraum eingeführt werden eoll. Deshalb war es bislang üblich, in Klimaanlagen und Ventilatoranlagen, wo eine gleichzeitige Zuflhr und Abfuhr von Luft erforderlich ist, jeweils gesonderte Gebläse für Zuluft und Abluft zu verwenden.

Diese Ausbildung erfordert natürlich eine großraum! ge Einrichtung und bringt unabwendlich Nachteile mit sich, insbesondere bei Einrichtungen für Wohnhäuser, wo der Installationsraum begrenzt ist.

Ferner ist es bei Klimaanlagen und Kühl- bzw. Heizeinrichtungen mit gleichzeitiger Zuluft und Abluft für eine Verbesserung der Wärmeausnutzung selbstverständlich erforderlich, daß die Wärme durch einen Austausch zwischen der aus dem .Außenraum in den Innenraum einströmenden Luft und der aus dem Innenraum abgesaugten Luft wirkungsvoll ausgenutzt wird. In bekannten Anlagen mit zwei Gebläsen jeweils für Zuluft bzw. Abluft ist es jedoch schwierig, die Teile für den Wärmeaustausch zwischen den Zuluft- und Abluftströmungen in gedrängter Bauweise anzuordnen, so daß der notwendige Installationsraumbedarf unausweichlich noch größer wird.

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Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Überwindung der genannten Schwierigkeiten.

Im einzelnen bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Ventilators für Zuluft und Abluft, der auf einem neuartigen Konstruktionsgedanken für eine neuartige Betriebsweise beruht, damit mittels eines einzigen Schaufelrotors eine Zufuhr und Abfuhr von Luft oder Gas gleichzeitig erfolgen kann und gleichzeitig Wärme zwischen dem zugeführten und abgesaugten Gas bzw. Luft ausgetauscht wird, was mittels eines koaxial zu dem Rotor angeordneten Wärmeaustauscheinsatzes erfolgt.

Zusammenfassend ist ein Ventilator für Zuluft und Abluft nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine zylindrische Strömungsleitung durch eine parallel zur Leitungsachse verlaufende, lediglich im Bereich eines Schaufelrotors unterbrochene Längstrennwand in zwei Kanäle geteilt ist, daß jeweils innerhalb jedes Kanals in axialer Richtung zu beiden Seiten an den Schaufelrotor anschließend je eine Leitbeschaufelung vorgesehen ist, wo-

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bei die Leitschaufeln innerhalb jedes Kanals inbezug auf die Rotorschaufein jeweils so ausgerichtet sind, daß die Drehung des Schaufelrotors jeweils in beiden Kanälen eine Gasströmung in jeweils entgegengesetzter Richtung erzeugt, und daß eine Wärmeaustauscheinrichtung vorgesehen ist, wodurch zwischen den beiden Gasströmungen ein Wärmeaustausch erfolgt.

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

Pig. 1 (a) eine Längsansicht eines Ventilators nach der Erfindung zur Erläuterung von Form und Anordnung der Schaufeln unter der Annahme einer durchsichtigen Zylinderleitung und durchsichtiger Nabenteile,

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

Fig. 2 drei perspektivische Ansichten des

Schaufelrotors (Fig. 2(c)) sowie der Leitschaufeln (Fig. 2(d)) und 2 (e)) für einen erfindungsgemäßen Ventilator,

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Fig. j5 (f) und 3 (g) jeweils eine Seitenansicht mit teilweise weggeschnittenen Teilen und einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Ventilators nach der Erfindung,

Pig. 4 eine auf Versuchsergebnissen beruhende grafische Darstellung der Beziehung zwischen Luftdurchflußmenge und statischem Druck für verschiedene Rotordrehzahlen bei einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilators und

Pig. 5 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Nach der den Grundgedanken der Erfindung erläuternden Pig. 1 ist ein darauf beruhender Ventilator normalerweise innerhalb einer Strömungsleitung 1 oder einem ähnlichen Bauteil mit kreisförmigem Querschnitt angeordnet und besteht im wesentlichen aus einem Schaufelrotor 2 mit Schaufeln 6, der von einer Antriebseinheit beispielsweise einem nicht dargestellten Elektromotor angetrieben wird, Leitschaufelanordnungen J> 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 Strömungskanäle 8, 8a und 9j9a teilt.

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

Eine strömungsdynamische Betrachtung der Arbeitsweise des beschriebenen Ventilators soll nunmehr in vereinfachter Form unter Bezugnahme auf Fig. l(a) erfolgen.

Wenn sich der Rotor 2 mit einer Umfangsgeschwindigkeit u in der in Fig. 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 aufgrund

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des.resultierenden Geschwindigkeitsdreiecks die Luftrelativgeschwindigkeit w innerhalb der Leitschaufelanordnung 3 gegenüber dem Rotor 2 die in Fig. l(a) angegebene Richtung.

Andererseits hat die Luft innerhalb der Leitschaufelanordnung 4 aufgrund der Gestaltung der Schaufeln 4 eine Absolutgeschwindigkeit ν . Deshalb kann aufgrund des re-

sultierenden Geschwindigkeitsdreiecks die Relativgeschwindigkeit w_H der Luft innerhalb der Leitschaufelanordnung in der eingezeichneten Richtung angenommen werden.

Wie man aus Fig. l(a) ersieht, ist die Richtung der Luftrelativgeschwindigkeit w innerhalb der Leitschaufelanordnung 3 näherungsweise der Richtung der jeweils oberen Vorderkante der Schaufeln 6 gleich, die Richtung der Luftrelativgeschwindigkeit w 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

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die Luft aus dem Strömungskanal 8 in den Strömungskanal 8a, und eine Geschwindigkeitskomponente w_Q aus der Leitschaufel· anordnung 4 in Richtung des Rotors 2, wie in Fig. l(a)angögeben, kann sich nicht ausbilden.

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

Die Kantenwinkel der Leitschaufelanordnungen 5 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 Figur l(a) angegeben sind.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 3 ist in den Aufbau des Ventilators nach

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Pig. 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 Fig.

Ein netztartiger Wärmeaustauscheinsatz 16 aus Metalldraht beispielsweise Kupfer-, Aluminium- oder Eisendreht, 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 Strömungskanäle 8-8a und 9-9^ jeweils in entgegengesetzten Richtungen gefördert werden. Im einzelnen wird der Austauscheinsatz 16 beispielsweise durch die in dem Kanal 8-8a strömende Luft erhitzt und gibt nach entsprechender Drehung die gespeicherte Wärme an die in dem Kanal 9-9a strömende Luft ab,wodi»urch man gleichzeitig automatisch mit der Förderung von Luft in entgegengesetzten Richtungen einen Wärmeaustausch zwischen den beiden Luftströmungen erhält.

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Bei einem Versuchsmodell waren die wesentlichen Kenngrößen eines erfindungsgemäßen Ventilators folgende: Schaufelzahl des Rotors 2 zwanzigj axiale Länge t (nach Fig. 3(g)) des Rotors 2, 15 mm; Durchmesser d des Rotors, 150 mmj Schaufelzahl jeder Leitschaufelanordnung, zwanzig; axial-e

Länge P _ jeder Leitschaufelanordnung, 5 mm; axiale Län-" a

ge ι . des Austauscheinsatzes 16, 7* 5 mm; Kantenwinkel der Schaufeln wie in Fig. l(a) angegeben. Wenn dieser Ventilator mit einer Rotordrehzahl von I500 Umdrehungen pro Minute und einer Temperaturdifferenz von 20⁰C an den jeweiligen Einlaßseiten der einander entgegengesetzt gerichteten Luftströmungen betrieben wurde, ergab sich an den jeweiligen Ausgangsseiten eine Temperaturdifferenz von etwa 10⁰C.

Die Beziehung zwischen der Durchflußmenge Q und dem statischen Druck H für verschiedene Rotordrehzahlen des beschriebenen Ventilators zur Förderung leicher Durchflußmengen in jeweils entgegengesetzten Richtungen werden durch die φ-H-Kennlinien nach Fig. k angegeben. Die Brauchbarkeit und die praktische Bedeutung dieses Ventilators für Zuluft und Abluft, der anhand der vorstehenden strömungs-

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dynamischen Betrachtung beschrieben ist, erhellen aus diesen Versuchsergebnissen.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 5 liegt das unterscheidende Merkmal gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 3 darin, daß der gitterartige Austauscheinsatz 16, der nach Fig. 5 auf die Rotorwelle des Rotors 2 aufgekeilt ist, außerhalb einer (4) Leitschaufelanordnung angeordnet ist.

Durch diesen Aufbau wird die Abnahme bzw, der Austausch des gitterartigen Austauscheinsatzes 16 vor: außen wesentlich erleichtert, so daß derselbe leicht abgenommen und gereinigt werden kann, wenn sich Fremdkörper,beispielsweise Staub, auf dem Einsatz 16 niedergeschlagen haben. Bei dieser AusfUhrungform ist der Motor 10 durch Tragstützen 18 gehalten, die mittels Bolzen bzw. Schrauben 19 an der Leitung 1 befestigt sind. Bei der Ausführungsfora: nach Fig. 5 bietet die Verwendung von Endflanschen der Leitung I die somit eine Baueinheit bildet, einen großen Vorteil und eine große Anpassungsfähigkeit hinsichtlich einer geeigneten Befestigung an Wandungen oder anderen Leitungsteilen.

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Wie man aus der obigen Beschreibung ersieht, schlägt die vorliegende Erfindung einen Ventilator für Zuluft und Abluft vor, der mittels eines einzigen Rotors gleichzeitig Luftströme in einander entgegengesetzten Richtungen fördern kann und gleichzeitig mittels eines koaxial zu dem Rotor umlaufenden Austauscheinsatzes Wärme zwischen den beiden Luftströmen austauscht. Deshalb ist die vorliegende Erfindung dann sehr wirkungsvoll und vorteilhaft, wenn sie bei Anlagen mit Ventilatoren zur Klimatisierung und Heizung sowie Kühlung von Räumen zur Anwendung kommt, wodurch gleichzeitig eine Ventilation und ein Wärmeaustausch wirkungsvoll zu s tand e kommen.

Ferner benötigt der erfindungsgemfiße Ventilator viel weniger Platz, im einzelnen nur 1/3 bis 1/2 des Platzes, der für bekannte Anlagen zur Erfüllung derselben Aufgaben mit gleicher Strömungsmenge und gleicher Wärmeaustauschleistung erforderlich ist.

Ein weiterer nicht zu vernachlässigender Vorteil liegt/dn der Schalldämmung durch den gitterartigen Austauscheinsatz, wenn derselbe auf der Innenseite bzw. Raum-

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seite der sich drehenden Teile angeordnet ist. Wenn der Austauscheinsatz getrennt von dem Schaufelrotor auf der Welle befestigt ist, setzt man vorzugsweise die Drehzahl des Einsatzes mittels eines Getriebes auf etwa lObis 50 Umdrehungen pro Minute herab, wodurch die Vermischung der heißen und kalten Gasströmung vermindert wird.

Selbstverständlich bezieht sich die vorstehende Offenbarung nur auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, und die Erfindung umfaßt alle Änderungen und Abwandlungen der hier zum Zwecke der Offenbarung ausgewählte Ausführungsbeispiele, die von dem Wesen und Grundgedanken der Erfindung nicht abweichen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

rl j Ventilator für Zuluft und Abluft, dadurch gekennaelchnet, daß eine zylindrische Strömungsleitung (l) durch eine parallel (^ zur Leitungsachse verlaufende, lediglich im Bereich eines Schaufelrotors (2) unterbrochene LMngstrennwand (5) in zwei Kanäle (8,8a bzw. 9>9a) geteilt ist, daß jeweils innerhalb jedes Kanals in axialer Richtung zu beiden Seiten an den Schaufelrotor (2) anschließend je eine Leitbeschaufelung (3**0 vorgesehen ist, wobei die Leitschaufeln innerhalb jedes Kanals inbezug auf die Rotorschaufeln jeweils so ausgerichtet sind, daß die Drehung des Schaufelrotors jeweils in beiden Kanälen eine Gasströmung in jeweils entgegengesetzter Richtung erzeugt, und daß eine Wärmeaustauschein-

richtung vorgesehen ist, wodurch zwischen den beiden Gasströmungen ein Wärmeaustausch erfolgt.
2. Ventilator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Wärmeaustauscheinriehtung in Form eines netzartigen Wärmeaustauscheinsatzes (16) innerhalb des Rotors (2),

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der sich mit dem Rotor dreht.
3. Ventilator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen netzartigen Wärmeaustauscheinsatz (16), der in axialem Abstand von dem Schaufelrotor angeordnet ist und sich mit demselben dreht (Fig. 5).

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