DE1778031A1

DE1778031A1 - Induktionsgeraet zur Raumklimatisierung

Info

Publication number: DE1778031A1
Application number: DE19681778031
Authority: DE
Inventors: Winfried Dr-Ing Hoenmann
Original assignee: LTG Lufttechnische GmbH
Current assignee: LTG Lufttechnische GmbH
Priority date: 1967-05-13
Filing date: 1968-03-21
Publication date: 1971-07-15
Also published as: US3528614A; ES353205A1; FR1545089A; GB1238671A; JPS4835795B1; CH474026A

Description

Induktionsgerät zur Raumklimatisierung Die Erfindung betrifft ein Induktionsgerät zur Raumklimatisierung mit mindestens einem Wärmetauscher zum Erwärmen und/oder Kühlen von durch das Induktionsgerät hindurchgeleiteter Luft, die mindestens teilweise Sekundärluft ist, die vor ihrem Eintritt in den zu klimatisierenden Raum in einer Mischkammer des Induktionsgerätes mit aufbereiteter Primärluft zusammengebracht wird, wobei die Primärluft in die Mischkammer mittels mindestens einer Austrittsdüse eingeblasen wird und hierdurch die Sekundärluft durcb.Induktion mitnimmt, wobei die Austrittsdüse dn.e Umfangswandung aufweist, deren ringförmige Innenwand den Düsenkanal für die Primärluft begrenzt, dessen Eintritts- und Austrittsöffnung in axialem Abstand voneinander angeordnet sind. Induktionsgeräte dieser Art sind bekannt. Die Sekundärluft wird mittels der aus den Austrittsdüsen austretenden Primärluftstrahlen aus dem zu klimatisierenden Raum angesaugt, mischt sich mit der Primärluft und das Gemisch wird dann in den zu klimatisierenden Raum eingeleitet. Der oder die Wärmetauscher können in Strömungsrichtung der Sekundärluft vor oder hinter den Austrittsdüsen angeordnet sein. Zur Raumkühlung wird durchmindestens einen Wärmetauscher kaltes Wasser und zur Raumheizung durch denselben oder einen anderen Wärmetauscher Heißwasser geleitet. Die Sekundärluftmenge ist hierbei im allgeieinen ein Mehrfaches der Primärluftmenge. Die Primärluft wird in einem zentralen Aggregat aufbereitet, beispielsweise auf eine bestimmte Feuchtigkeit und einen bestimmten Druck eingestellt. Der überdruck vor den Austrittsdüsen kann beispielsweise 10-30 Millimeter Wassersäule betragen. Die Austrittsgeschwindigkeit der PrA märluft aus den Austrittsdüsen ist zur Erzielung einer wirk- samen Induktion (Mitnahme von Sekundärluft) verhältnismäßig groß und beträgt beispielsweise 15-30 m/sek. Es ist im allgemeinen eine möglichst hohe Austrittsgeschwindigkeit erwünscht, um eine möglichst große Sekundärluftmenge umzuwälzen, so dEß die kalorische Leistung des Induktionsgerätes entsprechend groß ist und somit einen guten Wirkungsgrad aufweist. Die Austrittsgeschwindigkeit kann jedoch nicht beliebig vergrößert werden, da mit zunehmender Austrittsgeschwindigkeit die Schallerzeugung durch die Primärluftstrahlen ansteigt und so das Induktionsgerät ab einer bestimmten Austrittsgeschwindigkeit zu laut Wilde.
Der Erfindung liegt deshalb insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein Induktionsgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, welches einen besseren Wirkungsgrad und insbesondere eine größere kalorische Leistung als die bekannten Induktionsgeräte hat ,die ohne Geräuscherhöhung bezw. unter gleichzeitiger Geräuschminderung erzielt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Induktionsgerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß aus der Innenwand der Austrittsdüse zwischen der Ein- und Austrittsöffnung des Düsenkanals Zähne nach innen vorspringen, die sich in axialer Richtung erstrecken und die in die durch die Austrittsdüse bewirkte Primärluftströmung zur Beeinflussung des Primärluftstrahles von außen nach innen eingreifen und so ausgebildet sind, daß sie eine Verkürzung der sich zwischen Primärluftstrahl und Sekundärluft ausbildenden Wirbelstraßen bewirken. Bevorzugt ist vorgesehen, daß die maximale, radiale Höhe des in den Primärluftstrom eingreifenden Zahnbereichs des einzelnen Zahnes mindestens der Dicke der in Höhe der .Austrittsöffnung der Austrittsdüse vorhandenen Grenzschicht der Primärluftströmung entspricht. Unter Grenzschicht ist diejenige äußere, zwischen den Zähnen befindliche Schicht verstanden, in der die Strömungsgeschwindigkeit durch den Einfluß der Wandreibung gegenüber dem inneren Strömungskern vermindert ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Austritts-

düsen wird die beim Vermischen zwischen der Primärluft

und der Sekundärluft entstehende Geräuschbildung vermin-

dert und es kann eine größere Menge Sekundärluft als bei

den bekannten Austrittsdüsen mitgenommen werden, so daß

der Wirkungsgrad des Induktionsgerätes verbessert wird.

Die geringe Geräuschbildung ermöglicht es insbesondere,

die Austrittsgeschwindigkeit der Primärluft ohne Nach-

teil zu erhöhen und so die Sekundärluftmenge und da-

Mit die kalorische Leistung wesentlich zu vergrößern.

-Vorteilhaft greifen die Zähne radial in den Primärluft-

strom ein.

Wie Untersuchungen zeigten, beruht die durch die Zähne bewirkte Verkürzung der Wirbelstraßen insbesondere darauf, daß in der Vermischungszone zwischen dem betreffenden Primärluftstrahl und der Sekundärluft keine Ringwirbel mehr entstehen, die den Primärluftstrahl vollständig umfassen würden. Die bekannten Austrittsdüsen waren dagegen stets so ausgebildet, daß derartige Ringwirbel entstehen. So weist eine bekannte Austrittsdüse eine rotationssymmetrische Innenwandung mit kreisrunder Austrittsöffnung auf. Bei dieser Ausbildung der Austrittsdüse bewirkt die ebenfalls rotationssymmetrische, sich an der Innenwand der Austrittsdüse ausbildenden Grenzschicht die Bildung von den freien Luftstrahl umfassenden Ringwirbeln. Diese Ringwirbel bewirken eine verhältnismäßig große Länge der sich am Umfang des freien Luftstrahles ausbildenden Wirbelstraßen, wodurch erhebliche Geräusche entstehen. Folglich muß die Austrittsgeschwindigkeit der Primärluft aus den Düsen niedrig gewählt werden, wodurch die Induktionswirkung der Primärluft vermindert wird. Zur Verbesserung der Induktionswirkung des Primärluftstrahles wurde bei einer bekannten Austrittsdüse in die Mitte ihrer kreisrunden, vergrößerten Austrittsöffnung eine Kreisscheibe kleineren Durchmessers eingesetzt. Hierdurch wird zwar der Umfang des Primärluftstrahles vergrößert, doch tritt unter anderem durch die Vergrößerung der Ringwirbel eine sehr erhebliche Geräuschbildung auf, so daß nur verhältnismäßig geringe Strahlgeschwindigkeiten erreicht werden können, die trotz des vergrößerten Strahlumfanges eine entsprechend geringe Mitnahme von Sekundärluft bewirken. Die Zähne der Austrittsdüse können in irgendeiner geeigneten Weise so ausgebildet und angeordnet sein, daß durch sie die Entstehung der erwähnten, den Primärlutstrahl umfassenden Ringwirbel verhindert und damit die Verkürzung der Wirbelstraßen bewirkt wird.

Es versteht sich, daß die Zähne zur Geräuschverminderung und Vermeidung einer Verschlechterung des durch sie erhöhten Wirkungsgrades strömungsgünstig auszubilden sind. Hier hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn die Zähne, insbesondere auch ihr stromaufwärtiges Ende, stoßfrei in die Luftströmung eingreifen, d.h. keine Teile haben, durch die der Querschnitt der Luftströmung innerhalb einer kurzen Strecke stark verändert wird.. Insbesondere ist vorteilhaft vorgesehen, daß die axiale Zahnlänge gemessen vom stromaufwärtigen Ende bis zur Stelle der größten Eindringtiefe des Zahnes in die Primärluftströmung wesentlich größer als die Zahnbreite und auch größer, vorzugsweise wesentlich größer, als die maximale Eindringtiefe ist.

Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn die

radiale Höhe des in den Primärluftstrom eingreifenden

Zahnbereiches von dem stromaufwärtigen Ende des Zahnes

aus in Richtung auf das stromabwärtige Zahnende zu bis zu

einer Stelle, an der die Zahnhöhe ein Maximum ist, stetig

zunimmt.

Für eine gute Funktion der Zähne ist es auch wichtig,

daß deren axiale Länge nicht zu kurz bemessen ist. Vor-

zugsweise ist vorgesehen, daß die axiale Länge der Zähne

mindestens ungefähr dem 0,8-fachen Durchmesser eire::

greises entspricht, dessen Querschnittsfläche der Größe der Austrittsöffnung der Austrittsdüse entspricht. In vielen Fällen ist es auch vorteilhaft, wenn die axiale Zahnlänge mindestens dem 2,5-fachen des vorgenannten Durchmessers entspricht.

Bevorzugt weist die Austrittsdüse mindestens vier Zähne auf.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung erstrecken sich die Zähne ungefähr bis in Höhe der Austrittsöffnung des Düsenkanales, wobei zweckmäßig die mazimale Zahnhöhe ungefähr in Höhe der Austrittsöffnung vorgesehen ist. Die Zähne können vorteilhaft einstöckig mit der Umfangswandung der Austrittsdüse sein.
Mit Ausnahme der Zähne können die Austrittsdüsen irgendeine bekannte Gestalt aufweisen und von bekannter Größe sein. Insbesondere können die zwischen den Zähnen liegenden und die stromaufwärts der Zähne gegebenenfalls vorhandenen Innenwandflächen der Austrittsdüse irgendeine geeignete, bekannte Gestalt aufweisen. Beigpielsweise können sie Abschnitte einer sich in Richtung auf die Austrittsöffnung zu verjüngenden Rotationsfläche oder Abschnitte einer sich in Richtung auf die Austrittsöffnung zu verjüngenden Fläche mit elliDtisches oder ovalem Querschnitt sein.
Die Querschnittsform der Zähne kann in vielen Fällen mit Vorteil angenähert rechteckförmig sein. Weitere Merkmale der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen beschrieben bezw. dargestellt, wobei es sich versteht, daß die Erfindung in zahlreichen weiteren Ausführungsformen verwirklicht werden kann.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 ein Induktionsgerät im Querschnitt, Fig. 2 eine neuartige Austrittsdüse im Längsschnitt in vergrößerter Darstellung, Fig. j eine Draufsicht auf die in Fig. 2 dargestellte Austrittsdüse, Fig. 4 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Variante der in Fig. 2 dargestellten Austrittsdüse.

In der Zeichnung sind sich entsprechende I.=_l- Enit

gleichen Bezugszeichen versehen.

Das in Fig. ^ schematisch dargestellte Induktionsgerät '

ist in einer Wandnische unterhalb eines Fensters 3 eines

zu klimatisierenden Raumes 2, dessen Boden mit 5 bezeich-

net ist, angeordnet. Es hat ein Gehäuse 4, das eine mit

Zierblenden E versehene Eintrittsöffnung j für aus dem

Raum 2 angesaugte Sekundärluft aufweist, und einen in

den Raum 2 vertikal nach oben führenden Austritts-

schacht 9 für den Austritt der durch den Wärmetauscher

@:r.:r;:aen oder gekühlten und in einer Mischkammer 10

mit lrimärluft vermischten Sekundärluft. Die Primär-

luft: wird in einer nicht dargestellten, zentralen Anlage

aufbereitet und über eine bei 11 angedeutete Rohrleitung in eine Druckkammer 12 des Induktionsgerätes, wie durch den Pfeil B angedeutet, eingeleitet. Auf der Oberseite 13 der Druckkammer 12 ist eine Reihe von neuartigen Austrittsdüsen 14 angeordnet, aus denen die Primärluft infolge des in der Druckkammer 12 herrschenden Überdruckes mit hoher Geschwindigkeit in Form von Primärluftstrahlen in die Mischkammer 10 einströmt und hierdurch die Sekundärluft durch Induktions- oder Injektionswirkung mitnimmt und so eine ständige Umwälzung der der Raumluft entsprechenden Sekundärluft durch das Induktionsgerät hindurch herbeiführt.

Die Austrittsdüsen 14 dieses Induktionsgerätes sind gemäß Fig. 2 und 3 neuartig ausgebildet.
Die dargestellte Austrittsdüse 14, die vorzugsweise einstückig aus Gummi oder Kunststoff gespritzt ist, weist einelrotationssymmetrische Umfangswandung 15 mit einem ringscheibenförmigen Fuß 16 auf. Erfindungsgemäß ist die im wesentlichen kegelstumpfförmige, den Düsenkanal dieser Austrittsdüse begrenzende Innenwand 17 mit vier gleich ausgebildeten, in Seitenansicht dreieckförmigent radialen Zähnen 19 versehen, die in gleichen Winkelabständen angeordnet sind und sich in Achsrichtung der Austrittsdüse bis zu dem stromabwärtigen Rand der Innenwand 17 erstrecken. Die ungefähr in halber Höhe der Austrittsdüse befindlichen stromaufwärtigen Enden 20 dieser Zähne gehen stoßfrei in die angrenzende rotationssymmetrische Mantelfläche 21 über. Der einzelne Zahn hat eine angenähert konstante Breite und eine ebene Stirnfläche 22 sowie ebene Flanken 23. Die Zahnhöhe vergrößert sich in diesem Ausführungsbeispiel linear von dem stromaufwärtigen Zahnende 20 bis zu dem stromabwärtigen Zahnende 24, welches die maximale Zahnhöhe aufweist, die hier der maximalen Eindringtiefe des Zahnes in die Primärluftströmung entspricht. Diese Ausbildung der Zähne ist strömungsgünstig, wobei e Zahnlänge im Verhältnis zur maximalen Zahnhöhe so getroffen ist, daß der Querschnitt der Primärluft -strömung durch die Zähne nur langsam geändert wird.
Die Zähne greifen von außen auch in die Primärluftströmung ein und bewirken infolge ihrer dargestellten Ausbildung eine Verkürzung der Wirbelstraßen, indem die Ausbildung von den freien Primärluftstrahl umfassenden Ringwirbeln verhindert wird. Infolge der verminderten Geräuschbildung kann die Austrittsgeschwindigkeit der Primärluft aus der Austrittsdüse gegenüber einer keine Zähne aufweisenden Austrittsdüse erhöht und so eine erheblich größere Sekun-.därluftmenge umgewälzt und damit die kalorische Leistung verbessert werden. Auch wird bei vorgegebener Größe der querschnittsfläche der Austrittsöffnung der Umfang des Primärluftstrahles vergrößert, wodurch die Induktionswirkung erhöht wird.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Austrittsdüse sind vier Zähne 26 vorgesehen, die in gleichen Winkelabständen angeordnet und gleich ausgebildet sind. Diese Zähne sind bei 30 mit ihren stromaufwärtigen Enden stoßfrei an die Innenwand 31' einstückig mit dieser angesetzt und ragen mit einem erheblichen Teil ihrer Länge über die Austrittsöffnung dieser Austrittsdüse 25 hinaus, so daß die oberhalb der Austrittsöffnung 29 befindlichen Zahnteile 27 von außen in den freien Primärluftstrahl radial eingreifen. Ihre Außenseiten 32 sind in radialer Richtung nach außen soweit verlängert, daB sie von innen nach außen durch die Vermischungszone zwischen Frimärluftstrahl und Sekundärluftstrahl hindurchgreifen. Ebenfalls greifen sie nach innen durch diese Vermischungszone bis in den Kern des Primärluftstrahles ein. Auch diese Zähne sind strömungsgünstig ausgebildet, wobei die wirksame Zahnhöhe von den stromaufwärtigen Enden bis zu den stromabwärtigen Enden 31 stetig zunimmt.
Durch diese Zähne wird die Entstehung von den freien Primärluftstrahl umfassenden Ringwirbeln wirksam verhindert, ohne daB der Querschnitt der Austrittsöffnung 29 dunh sie wesentlich verändert wird.
In beiden Ausführungsbeispielen ist die Erzeugende der Innenmantelfläche der Austrittsdüse eine Gerade. Selbstverständlich können auch andere Erzeugende vorgesehen sein, beispielsweise kann die Erzeugende eine Potenzfunktion sein.

Claims

Patentansprüche 1. Induktionsgerät zur Raumklimatisierung, mit mindestens einem Wärmetauscher zum Erwärmen und/oder Kühlen von durch das Induktionsgerät hindurchgeleiteter Luft, die mindestens teilweise Sekundärluft ist, die vör ihrem Eintritt in den zu klimatisierenden Raum in einer Mischkammer des Induktionsgerätes mit aufbereiteter Primärluft zusammengebracht wird, wobei die Primärluft in die Mischkammer mittels mindestens einer Austrittsdüse eingeblasen wird und hierdurch die Sekundärluft durch Induktion mitnimmt, wobei die Austrittsdüse eine Umfangswandung aufweist, deren ringförmige Innenwand den Düsenkanal für die Primärluft begrenzt, dessen Eintritts- und Austrittsöffnung in axialem Abstand voneinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Innenwand der Austrittsdüse ('(4;25) zwischen der Ein- und Austrittsöffnung des Düsenkanals Zähne (19;26) nach innen vorspringen, die sich in axialer Richtung erstrecken und die in die durch die Austrittsdüse bewirkte Primärluftströmung zur Beeinflussung des Primärluftstrahles von aussen nach innen eingreifen und so ausgetnüdet sind, daB sie eine Verkürzung der sich zwischen Primärluftstrahl und Sekundärluft ausbildenden Wirbelstraßen bewirken.
2. Induktionsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (19) sich vollständig im Inneren des Düsenkanals der Austrittsdüse (14) befinden (Fig. 2,3).
3. Induktionsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stromabwärtigen Enden der Zähne (17) sich ungefähr in Höhe des stromabwärtigen Endes des Düsenkanals befinden.
4. Induktionsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Zahn (26) in stromabwärtiger Richtung teilweise über die Austrittsöffnung des Düsenkanals übersteht. .
5. Induktionsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (19; 26) in Umfangsrichtung der Austrittsdüse in gleichen Winkelabständen voneinander angeordnet sind.
6. Induktionsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das stromaufwärtige Ende (20;30) des einzelnen Zahnes stoßfrei in die Innenwand des Düsenkanals (17) übergeht.
7. Induktionsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Höhe des in den Primärluftstrom eingreifenden Zahnbereiches von dem stromaufwärtigen Ende (20; 30) des Zahnes aus in Richtung auf das stromabwärtige Zahnende (24; 31) zu bis zu einer Stelle, an der die Zahnhöhe ein Maximum ist, stetig zunimmt. B.
Induktionsgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte radiale Zahnhöhe linear zunimmt.
9. Induktionsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale, radiale Höhe des in den Primärluftstrom eingreifenden Zahnbereichs des einzelnen Zahnes mindestens der Dicke der in Höhe der Austrittsöffnung der Austrittsdüse vorhandenen Grenzschicht der Primärluftströmung entspricht.
10. Induktionsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der Zähne mindestens ungefähr dem 0,8-fachen Durchmesser eines Kreises entspricht, dessen Querschnittsfläche der Größe der Austrittsöffnung der Austrittsdüse entspricht.
11. Induktionsgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der Zähne mindestens dem 2,5-fachen des genannten Durchmessers entspricht.
12. Induktionsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Zahnfußes und/ oder die Breite der Stirnseite des Zahnes ungefähr konstant ist.
13. Induktionsgerät nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Eindringtiefe der Zähne (19) in die Primärluftströmung in Höhe der Austrittsöffnung des Düsenkanales vorgesehen ist.
14. Induktionsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daB die axiale Zahnlänge gemessen vom stromaufwärtigen Ende (20; 30) bis zur Stelle (24; 31) der größten Eindringtiefe des Zahnes in äie Primärluftströmung wesentlich größer als die Zahnbreite und größer als die maximale Eindringtiefe des Zahnes in die Primärluftströmung ist.
15. Induktionsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daB die Austrittsdüse mindestens vier Zähne aufweist.
16. Induktionsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daB die Innenwand der Austrittsdüse rotationssymmetrisch, vorzugsweise kegelstumpfförmig ist.
17. Induktionsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daB das stromabwärtige Ende des einzelnen Zahnes (17) sich ungefähr in halber Höhe der Innenwand der Austrittsdüse (14) befindet.
18. Induktionsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne in Bezug auf den Düsenkanal radial angeordnet sind.
19. Induktionsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 15 oder 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daB der Querschnitt der Innenwand der Austrittsdüse oval oder elliptisch ist.