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Querst
romgebläse
sind auch als Querströmungsgebläse und Tangentialgebläse bekannt.
Sie werden bei Klimaanlagenanwendungen wegen ihrer Strömungscharakteristika
im Strömungsweg
(in-line flow capabilities) und ihrer geeigneten Relation zu Lamellenwärmetauschern
verwendet, da sie sich über
die gesamte Länge
eines Wärmetauschers
erstrecken können.
Um die gewünschte
Länge zu
erreichen, kann das Laufrad aus einer Mehrzahl von Segmenten oder
Modulen gemacht sein, wobei ein Segment oder mehrere Segmente kürzer als
die anderen ist bzw. sind, um die gewünschte Gesamtlänge zu erreichen.
Bei Querstromgebläsen
befinden sich der Einlassbereich und der Auslassbereich generell
nominell unter einem rechten Winkel, aber es sind Winkel von 0° bis 180° möglich. Das
Laufrad ähnelt
einem vorwärts
gekrümmten
Zentrifugalgebläserad, außer dass
es an beiden Enden geschllossen ist. Die Strömung ist in dem Gebläse rechtwinklig
zu der Laufradachse und gelangt in die Schaufelreihe in der radial
inneren Richtung an der strömungsaufwärtigen Seite,
wobei sie durch das Innere des Laufrads geht und dann radial auswärts ein
zweites Mal durch die Beschaufelung strömt. Die Strömung ist durch das Bilden eines
exzentrischen Wirbels gekennzeichnet, der parallel zu der Rotorachse
verläuft
und der sich in die gleiche Richtung wie der Rotor dreht.
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Während die
Strömung
zuerst durch die Ansaugbeschaufelung (strömungsaufwärtig) und dann durch die Abgabeschaufeln
geht, findet ein zweistufiger Vorgang statt. Die Strömung kontrahiert
sich, während
sie sich über
das Laufrad bewegt, was hohe Geschwindigkeiten an den Abgabeschaufeln
(zweite Stufe) erzeugt. Die Strömung
verlässt
das Laufrad und kontrahiert sich wieder, während sie die Richtung ändert und
sich um den Wirbel zwängt.
Die Kombination dieser Effekte führt
zu den hohen Druckkoeffizienten, die durch Querstromgebläse erreicht
werden. Eine Wirbelwand trennt den Einlassbereich von dem Auslassbereich
und dient dazu, den Wirbel zu stabilisieren. Da es im Bereich des
Wirbels nur eine rezirkulierende Strömung gibt, wird dort keine
nützliche Arbeit
verrichtet. Der Haupteffekt in dem Wirbel ist ein Energieverlust.
Die Stabilität
eines Gebläses
ist jedoch hoch empfindlich bezüglich
des Wirbelwandabstands. Dieser Parameter muss sehr sorgfältig kontrolliert
werden, da ein Kompromiss zwischen einer stabilen, hohen Leistung
und einem durch das Zusammenwirken des Laufrads mit der Wirbelwand erzeugtem
akustischen Geräusch
gemacht wird.
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Die
Wirbelwand wirkt mit den Schaufeln des Laufrads zusammen, während sie
sich von der Abgabeseite zu der Ansaugseite bewegen. Bei einer Innen-Gebläse-Windungs-Einheit
für hohe
Wände eines
schachtfreien, aufgeteilten Systems gab es ein Geräuschproblem,
das durch eine instabile Strömung
auf Grund einer Strömungsablösung von
der Rück-/Bodenwand
insbesondere in der Nähe
der zwei Stirnwände
verursacht wurde. Es wird vermutet, dass sich ein Wirbel oder eine
Strömungsablösung an
der Flück-/Bodenwand
bildete.
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FR-A-2
266 016 beschreibt eine Querstromgebläseeinheit mit einer Wirbelstabilisierungsstufe an
ihrem Abgabebereich.
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EP-A-132
780 beschreibt eine Querstromgebläseeinheit mit Zungen, die in
ihrem Auslassbereich angeordnet sind.
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Es
ist ein Ziel dieser Erfindung, eine Strömungsstabilisierung bereitzustellen.
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Es
ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, die Geräuscherzeugung zu verringern.
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Die
vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eine Strömungsstabilisierung
für ein
Querstromgebläse
zu schaffen. Gemäß der Erfindung
wird ein Querstromgebläse
bereitgestellt, wie es in Anspruch 1 beansprucht ist. Eine Strömungsstabilisierung
wird durch Herbeiführen
einer Strömungsbeschleunigung in
der Nähe
der Wände
erreicht, wo man annahm, dass sich ein Wirbel oder eine Strömungsablösung bildete.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
wird die Strömungsstabilisierung
durch Anordnen von Strömungsstabilisierungseinrichtungen
in der Art von Rampen an der Rück-/Bodenwand
in der Nähe
der Enden des Laufrads erreicht. In einem Schnitt in Strömungsrichtung
sind ge eignete Rampen einem Viertel einer Ellipse bzw. einer Glockenkurve
angenähert. Die
Rampen haben eine Maximalquerschnittsfläche quer zu der Strömung in
dem Bereich von 0,2 bis 1,5 Quadratinch. Das Vorhandensein der Rampen
reduziert das Geräusch
um etwa 5 dB, wobei die speziellen Rampenabmessungen und die spezielle
Rampenpositionierung generell einen Einfluss von weniger als 1 dB
auf den Geräuschpegel
haben bzw. hat. Die Rampen können
sich um nur 0,25 Inch strömungsaufwärts des
Abgabebereichs oder an einem Punkt befinden, an welchem der Abstand
zu dem Laufrad ein Faktor wird, beispielsweise 5 Inch strömungsaufwärts des
Abgabebereichs. Die Position strömungsaufwärts des
Abgabebereichs beeinflusst den Prozentsatz des Abgabewegs, der durch
die Rampen eingenommen wird, wobei der Prozentsatz zunimmt, wenn
sich die Stelle strömungsaufwärts bewegt.
Generell beträgt
der Maximalprozentsatz des Abgabewegs, der durch die Rampen eingenommen wird,
weniger als 1%, aber ein Bereich von 0,5 bis 20% ist möglich.
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Folglich
wird bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Abgabeströmungsweg
eines Querstromgebläses
durch Anordnen der Rampen an der Rück-/Bodenwand modifiziert,
um eine örtliche
Beschleunigung der Strömung
zu Schaffen und dabei dem Aufbau einer Strömungsinstabilität vorzubeugen.
Die Rampen reduzieren das erzeugte Geräusch, ohne die Leistung der
Einheit zu verschlechtern.
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1 ist eine teilweise weggeschnittene
Ansicht einer Gebläse-Windungs-Einheit;
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2 ist eine vertikale Schnittansicht
einer Gebläse-Windungs-Einheit,
welche die vorliegende Erfindung anwendet;
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3 ist eine bildhafte Ansicht
des Gebläselaufrads
von 1;
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4 ist eine bildhafte Ansicht
der Rampe von 1;
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5 ist ein Diagramm eines
Schallleistungspegels in dB bezogen auf pW (dB re 1 × 10–12 W) über die
Frequenz in Hz für
eine Einheit ohne die Rampe;
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6 ist ein Diagramm des Schallleistungspegels
in dB bezogen auf pW (dB re 1 × 10–12 W) über die
Frequenz in Hz für
eine Einheit mit zwei Rampen in Position gemäß der Lehre der vorliegenden
Erfindung;
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7 ist eine bildhafte Ansicht
einer ersten modifizierten Rampe; und
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8 ist eine bildhafte Ansicht
einer zweiten modifizierten Rampe.
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In
den 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 10 generell
die Gebläse-Windungs-Inneneinheit
eines aufgeteilten Systems. Wie es üblich ist, saugt die Drehung
eines Laufrads oder eines Rotors 12 Luft durch Wärmetauscherbereiche 14-1, 14-2 und 14-3 an,
die zusammen im Kühlmodus
den Verdampfer eines aufgeteilten Klimaanlagensystems und im Heizmodus
den Kondensator bilden. Die erwärmte/gekühlte Luft
strömt
durch das Laufrad 12 in den Abgabebereich, der durch Seitenwände 18,
eine Rück-/Bodenwand 20 und
eine Wirbelwand 22 definiert ist, nachdem sie durch die
Wärmetauscherbereiche 14-1 bis 14-3 strömte. Ein
gekrümmter
Einlassbereich 20-1 der Rückwand 20 und eine
Spitze 22-1 der Wirbelwand wirken mit dem Laufrad 12 zusammen,
um die Ansaugseite S zu definieren und diese von der Abgabeseite
D eines Gebläses 100 zu trennen.
Die erwärmte/gekühlte Luft
strömt
von dem Abgabebereich nacheinander über Leitlamellen 24 und 26 in
das Zimmer. Die Leitlamellen 24 und 26 sind typischerweise
schwenkbar und stehen unter 90° zueinander,
um so das Ausrichten einer Luftströmung in das Zimmer zu ermöglichen.
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Es
wird speziell auf 3 Bezug
genommen. Das Laufrad oder der Rotor 12 ist generell zylinderförmig und
hat eine Mehrzahl von Schaufeln 12-1, die entlang seiner
Außenoberfläche axial
angeordnet sind. Das Laufrad 12 ist aus einer Mehrzahl von
Modulen 12-2 gemacht, die je durch ein benachbartes Paar
von Trennscheiben 12-3 oder durch eine Endscheibe 12-4 und
eine Trennscheibe 12-3 definiert sind. Eine Mehrzahl von
Schaufeln 12-1 erstreckt sich längs zwischen jedem benachbarten Scheibenpaar.
Jede Schaufel 12-1 ist an einem ihrer Längsenden an einer Scheibe und
das andere Ende an der anderen Scheibe des Paars angebracht. Ein gegebenes
Laufrad 12 kann mehrere Mo dule umfassen, wie in 3 dargestellt ist, oder
ein einziges Modul, bei welchem die Schaufeln an beiden Enden an
eine Endscheibe anschliessen. Wo mehrere Module verwendet werden,
um eine gewünschte
Länge zu
erreichen, können
die Modullängen
unterschiedlich sein, wobei die Endmodule üblicherweise eine modifizierte
Länge haben.
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Die
so weit beschriebene Einheit ist generell herkömmlich. Eine Einheit mit einem
Laufrad, das 21,89 Inch lang ist, einen Durchmesser von 3,5 Inch hat,
35 Schaufeln hat, eine Abgabefläche
von 61,29 Quadratinch hat und bei 1050 sec–1 arbeitet,
wurde getestet und erzeugt den Graphen von 5. Zusätzlich wurde eine Abgabe von
234,9 cfm (Kubikfuß/min)
gemessen, und die 1/3-Oktave-Schallleistung
(Lw) war 50,3 dB. Die Einheit 10 wurde dann durch Anordnen
von Rampen 30 an der Wand 20 modifiziert. Geeignete
Rampen 30, 130 und 230, wie sie in den 4, 7 bzw. 8 dargestellt
sind, haben die Form eines Viertels einer Ellipse oder einer glockenartigen
Kurve in der Strömungsrichtung,
die durch einen Pfeil angezeigt ist, um eine Luftführungsoberfläche zum
Ausrichten und Beschleunigen der Strömung bereitzustellen. Die Rampen 30 können 0,20 bis
0,75 Inch (5,08 mm bis 17,78 mm) hoch, 0,5 bis 1,5 Inch (12,7 mm
bis 38,1 mm) lang und 0,4 bis 1,5 Inch (10,16 mm bis 38,1 mm) breit
sein. Die Platzierung der Rampen 30 sollte generell bei
oder zwischen 0,75 und 1,75 Inch (19,05 und 44,45 mm) von den Endwänden 18 und
0,25 bis 5 Inch (6,35 bis 127 mm) strömungsaufwärts der Leitlamellen 24 und 26 in
einem Abgabebereich 40 sein, wenn zwei Rampen in der beschriebenen
Vorrichtung verwendet werden.
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Die
Einheit 10 wurde unter den gleichen Bedingungen betrieben,
wie sie oben beschrieben sind, wobei ein Paar von Rampen 30 angebracht
war, die je eine Höhe
von 0,31 Inch (7,88 mm), eine Länge von
0,75 Inch (19,05 mm) und eine Breite von 0,88 Inch (22,35 mm) haben
und 0,3 Inch (7,62 mm) strömungsaufwärts der
Leitlamellen 24 und 1,2 Inch von der entsprechenden Endwand
angeordnet waren. 6 stellt
die Testergebnisse dar. Zusätzlich
wurde eine Abgabe von 241,6 cfm gemessen, und die 1/3-Oktave-Schallleistung
(Lw) war 45,2 dB. Folglich schafft die vorliegende Erfindung eine
nominale Strömungserhöhung zusammen
mit einer Geräuschreduzierung
von 5,1 dB.
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Es
wird jetzt auf 7 Bezug
genommen. Es wird eine modifizierte Rampe 130 dargestellt.
Die Rampe 130 unterscheidet sich von der Rampe 30 darin,
dass sie in der Strömungsrichtung
symmetrisch ist, insbesondere definiert eine Seite 130-1 der
Rampe 130 eine glockenförmige
Kurve. Wie in dem Fall der Rampe 30 ist ein weiter Bereich
von Abmessungen geeignet. Berühren
die Rampen 130 die Wände 18,
beträgt
eine geeignete Breite 1,25 Inch, eine geeignete Länge beträgt 1,0 Inch
(25,4 mm), und die Höhe
kann von 0,38 bis 0,5 Inch (9,66 bis 12,7 mm) betragen, wobei der
obere Bereich ein Bereich eines Kreises mit einem Durchmesser ist,
der der Höhe entspricht.
Es wird jetzt auf 8 Bezug
genommen. Eine modifizierte Rampe 230 unterscheidet sich
von der Rampe 130 darin, dass sie von der Wand 18 beabstandet
ist. Eine Seite 230-1 definiert wie die Seite 130-1 eine
glockenförmige
Kurve in der Strömungsrichtung.
Wo die Rampen die Wände 18 berühren, sind
sie tendenziell breiter als in dem Fall, wo sie von den Wänden 18 beabstandet
sind.
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Obwohl
bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindungen dargestellt und beschrieben wurden,
werden Fachleuten andere Änderungen einfallen.
Beispielsweise können
andere Formen für die
Rampen vorgesehen werden, wo sie als Luftführungseinrichtungen wirken.
Ebenso kann es in einigen Fällen
auf Grund der Abmessungen der Einheit wünschenswert sein, mehr als
zwei Rampen zu verwenden, und die Rampengröße und der Rampenabstand kann
geändert
werden, beispielsweise durch Beabstanden der Rampen um 3 Inch oder
mehr von der Seitenwand. Jedoch ist die Grundanforderung an die
Rampen, dass sie eine örtliche
Strömungsbeschleunigung
schaffen, während
eine Strömungsinstabilität vermieden
wird. Es wird darum beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung
nur durch den Umfang der beigefügten
Ansprüche
zu begrenzen ist.