EP2510240B1 - Mischgebläse - Google Patents

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EP2510240B1
EP2510240B1 EP10784484.7A EP10784484A EP2510240B1 EP 2510240 B1 EP2510240 B1 EP 2510240B1 EP 10784484 A EP10784484 A EP 10784484A EP 2510240 B1 EP2510240 B1 EP 2510240B1
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fan
housing
mixing
wheel
designed
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Stefan Brandl
Heinz Pfeiffer
Rudolf Tungl
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Ebm Papst Landshut GmbH
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Ebm Papst Landshut GmbH
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    • F04D29/02—Selection of particular materials
    • F04D29/023—Selection of particular materials especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/34—Burners specially adapted for use with means for pressurising the gaseous fuel or the combustion air
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    • F23D—BURNERS
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    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L5/00—Blast-producing apparatus before the fire
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/083—Sealings especially adapted for elastic fluid pumps
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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    • F05D2300/40—Organic materials
    • F05D2300/43—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber

Definitions

  • the present invention relates to a fan with a housing and an impeller arranged on a motor shaft, which can be driven by a motor.
  • the blower according to the invention is also designed specifically as a mixing fan for conveying and mixing of combustible media with air, with which usually the combustible or explosive mixture is conveyed to a burner.
  • the invention relates to the use of an insulating blower impeller in a mixing blower for conveying and mixing a combustible medium with air, wherein gas is preferably used as the combustible medium.
  • blowers according to the invention are preferably used in heating technology.
  • electrostatic charges of the fan components in particular of the housing and of the fan wheel, may result in the risk of sparking and possibly resulting therefrom resulting ignition of the mixture within the blower, which is safe to avoid.
  • the measures provided for in the prior art are cost-intensive, structurally complex and sometimes difficult to recycle.
  • a conductive impeller is further from the DE 20 2004 012 015 U1 known.
  • a fan designed as a mixing fan for conveying and mixing a combustible medium with air comprises an impeller which is designed to be insulating.
  • the impeller can be mounted without grounding and can be operated during operation without additionally provided grounding. It is particularly advantageous if the impeller is arranged groundless on the motor shaft.
  • the impeller is made of a sorted plastic, preferably polyamide, which in the present case is understood to mean a plastic without compounding under "sorted pure”. However, it is possible to color the plastic without departing from the scope of the term "pure grade”.
  • this preferably has a surface resistance R o of at least 10 9 ⁇ . Also protected are therefore materials with a surface resistance R o of 10 10 , 10 11 , 10 12 ⁇ with all intermediate values.
  • the measurement of the surface resistance can be done for example by a tera-ohmmeter LEM Unilab 5 kV, but also test methods according to DIN IEC 6093 are possible.
  • the blower according to the invention may comprise an overall surface of the blower wheel formed by impeller surface and impeller surface in the range between 25 cm 2 and 500 cm 2 , preferably between 25 and 400 cm 2 , more preferably between 25 and 300 cm 2 , more preferably between 25 and 200 cm 2 , more preferably between 25 and 150 cm 2 , wherein charging up to voltage levels that could cause ignition within the fan are not achieved.
  • the total surface area of the housing may range between 25 cm 2 and 1000 cm 2 .
  • the at least one shaft bearing and / or the motor shaft and / or the shaft seal can likewise be embodied insulated in order to minimize discharges from charges via the shaft bearing.
  • the use of an insulating shaft seal makes it possible to use a simpler and sorted seal.
  • the gas is supplied in the intake area.
  • By mixing the gas in the intake higher heat outputs can be achieved because due to the negative pressure in the blower more gas can be added.
  • the housing of the blower which may be formed insulating, earth-free operable and may be formed from sorted plastic.
  • Both the housing and the impeller can be manufactured by injection molding. It is also possible to use a conventional metal housing made of die-cast, for example aluminum, and an inventive Use blower wheel. The invention therefore also includes the use of an insulating impeller in any mixing fan.
  • conductive components have always been used to exclude the device itself as the ignition source of the explosive fuel-air mixture.
  • an ignition voltage of 1000-2000V is sufficient to realize the ignition.
  • gases commonly used in Europe there must already be over 3000V ignition voltage to allow ignition.
  • the insulating blower fan and / or fan housing used according to the invention can also charge due to the flow within the fan and optionally in the intake air dust particles (in extreme cases, up to 800 micrograms / m 3 ) at high speed of over 6500 U / min
  • the values achieved are well below the critical ignition values, so that a grounding unnecessary and accidental ignition due to static electricity within the fan is still excluded.
  • the possibly occurring minimal charges discharge themselves independently without further action within a very short time.
  • an electric field meter PFM-711A can be used to measure the charges or to determine the surface potential.
  • the blower is followed by a burner, which acts as a flame arrester.
  • the explosive volume of the atmosphere within the blower is less than 10 liters and greater than 0.05 liters.
  • Fig. 1 shows a cross section of a blower with a housing 1, an impeller 2 arranged therein, which is arranged on a motor shaft 3, wherein the motor shaft is supported by means of a bearing system 5. Further, a shaft seal 4 is provided, in which the bearing 5 is inserted. All components are designed to be conductive or conductive, so that charges are conducted from the impeller 2 to the housing 1 and are discharged via a ground (not shown). The elaborate dissipation of the charge is shown by arrows. The charges on the impeller 2 are directed to the motor shaft 3 and from this passes through the bearing 5 via the shaft seal 4 to the housing 1.
  • the blower according to the invention overcomes the disadvantages of the prior art and, due to the insulating design of at least the blower wheel, enables a cost-effective solution to requirements that have always existed.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gebläse mit einem Gehäuse und einem auf einer Motorwelle angeordneten Gebläserad, das über einen Motor angetrieben werden kann. Das erfindungsgemäße Gebläse ist ferner speziell als Mischgebläse zur Förderung und Mischung von brennbaren Medien mit Luft ausgebildet, mit dem üblicherweise das brennbare bzw. explosive Gemisch zu einem Brenner gefördert wird.
  • Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines isolierend ausgebildeten Gebläserads in einem Mischgebläse zur Förderung und Mischung eines brennbaren Mediums mit Luft, wobei als brennbares Medium vorzugsweise Gas verwendet wird.
  • Die Gebläse gemäß der Erfindung werden vorzugsweise in der Heiztechnik eingesetzt. In diesem Zusammenhang wird dem Durchschnittsfachmann im vorliegenden Gebiet seit jeher gelehrt, dass während des Einsatzes derartiger Gebläse und der Förderung von explosivem Gas-Luft-Gemischen elektrostatische Aufladungen der Gebläsebauteile, insbesondere des Gehäuses und des Gebläserades, die Gefahr einer Funkenbildung und einer sich daraus gegebenenfalls ergebenden Zündung des Gemischs innerhalb des Gebläses besteht, die sicher zu vermeiden ist. Die dafür im Stand der Technik vorgesehenen Vorkehrungen sind jedoch kostenintensiv, konstruktiv aufwendig und teilweise schwer zu recyceln.
  • Beispielsweise wird im Stand der Technik vorgeschlagen, zur Ableitung von Aufladungen des Gebläserads eine Erdung über die Motorwelle, über das Wellenlager und die Wellendichtung bis zu dem selbstgeerdeten Gehäuse vorzusehen. Eine derartige Ableitung ist zum Beispiel in der DE 102 04 037 A1 offenbart.
  • Aus der DE 102 004 045 251 A1 wird dem Fachmann gelehrt, das Gebläsegehäuse bzw. das Gebläserad mit einer antistatischen, ableitfähigen oder leitfähigen Oberflächenbeschichtung zu versehen, um somit eine Erdung aller leitfähigen Gebläsebauteile zu gewährleisten. Das Aufbringen einer derartigen Beschichtung ist jedoch als zusätzlicher Herstellungsschritt (beispielsweise durch Lackieren) kostenintensiv und wird in der Praxis in der Regel nicht durchgeführt. Ferner ist bekannt, bei Mischgebläsen sogenannte Compound-Werkstoffe für das Gebläserad oder das Gehäuse vorzusehen, d.h. Kunststoffe, die mit leitfähigen Materialien wie Ruß oder Carbon compoundiert wurden, um somit ein leitfähiges Bauteil zu erzielen. Derartige Compound-Werkstoffe sind jedoch teurer und schwieriger herstellbar. Ferner können sie schlecht recycelt werden, da die beigemischten leitenden Werkstoffe nicht mehr sortenrein zerlegt werden können. Die im Stand der Technik verwendeten Gebläseräder aus Compound-Werkstoffen sind ableitfähig, Bauteile mit aufgebrachter antistatischer Oberflächenbeschichtung sind ableitfähig oder leitfähig.
  • Ein ableitfähiges Gebläserad ist ferner aus der DE 20 2004 012 015 U1 bekannt.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstigeres Gebläse bereitzustellen, das besser recycelbar ist.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein als Mischgebläse zur Förderung und Mischung eines brennbaren Mediums mit Luft ausgebildetes Gebläse ein Gebläserad umfasst, das isolierend ausgebildet ist.
  • Gemäß der Berufsgenossenschaft der chemischen Industrie in Deutschland sind Stoffe oder Materialien "isolierend", wenn sie weder leitfähig noch ableitfähig sind. Leitfähig ist demnach ein Stoff oder Material mit spezifischem Widerstand von ρ ≤ 104 Ohmmeter (Ωm). Leitfähig ist ein Stoff oder Material ferner, wenn sein Oberflächenwiderstand Ro ≤ 104 Ω beträgt. "Ableitfähig" sind Stoffe oder Materialien mit einem spezifischen Widerstand von mehr als 104 Ωm und weniger als 109 Ωm bzw. ein Gegenstand oder eine Einrichtung mit einem Oberflächenwiderstand zwischen 104 Ω und 109 Ω gemessen bei 23°C und 50% relativer Luftfeuchte oder mit einem Oberflächenwiderstand zwischen 104 Ω und 1011 Ω gemessen bei 23°C und 30% relativer Luftfeuchte. "Isolierend" gemäß Anspruch 1 bedeutet, dass das Gebläserad aus isolierendem Material gebildet ist.
  • Günstig ist, dass das Gebläserad erdungsfrei montierbar und im Betrieb auch ohne zusätzlich vorgesehene Erdung betreibbar sein kann. Dabei ist besonders vorteilhaft, wenn das Gebläserad erdungsfrei auf der Motorwelle angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführung ist das Gebläserad aus sortenreinem Kunststoff, vorzugsweise Polyamid, gebildet, wobei vorliegend unter "sorten-rein" ein Kunststoff ohne Compoundierung verstanden wird. Es ist jedoch möglich, den Kunststoff einzufärben, ohne den Schutzbereich des Begriffs "sorten-rein" zu verlassen.
  • Zur Gewährleistung der isolierenden Eigenschaften des Gebläserads weist dieses vorzugsweise einen Oberflächenwiderstand RO von mindestens 109 Ω auf. Ebenfalls geschützt sind demnach Materialien mit einem Oberflächenwiderstand RO von 1010, 1011, 1012 Ω mit allen Zwischenwerten. Die Messung des Oberflächenwiderstands kann dabei beispielsweise durch ein Tera-Ohmmeter LEM Unilab 5 kV durchgeführt werden, jedoch sind auch Prüfverfahren nach DIN IEC 6093 möglich.
  • Das erfindungsgemäße Gebläse kann in einer Ausführung eine Gesamtoberfläche des Gebläserads, gebildet aus Gebläseradoberfläche und Gebläseradunterfläche im Bereich zwischen 25 cm2 und 500 cm2 aufweisen, vorzugsweise zwischen 25 und 400 cm2, weiter bevorzugt zwischen 25 und 300 cm2, weiter bevorzugt zwischen 25 und 200 cm2, weiter bevorzugt zwischen 25 und 150 cm2, wobei eine Aufladung bis zu Spannungswerten, die eine Zündung innerhalb des Gebläses verursachen könnten, nicht erreicht werden. Die Gesamtoberfläche des Gehäuses kann im Bereich zwischen 25 cm2 und 1000 cm2 liegen.
  • Ferner ist es vorteilhaft, dass die mindestens eine Wellenlagerung und/oder die Motorwelle und/oder die Wellendichtung ebenfalls isoliert ausgebildet sein kann/können, um Ableitungen von Aufladungen über die Wellenlagerung zu minimieren. Insbesondere die Verwendung einer isolierenden Wellendichtung ermöglicht es, eine einfachere und sortenreine Dichtung zu verwenden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen als Mischgebläse ausgebildeten Gebläse ist ferner vorteilhaft, dass der die Gaszufuhr im Ansaugbereich erfolgt. Durch die Zumischung des Gases im Ansaugbereich können höhere Heizleistungen erzielt werden, da aufgrund des Unterdrucks im Gebläse mehr Gas beigemischt werden kann. Ferner ist dabei günstig, dass die Mischung durch das Laufrad erfolgt und somit per se ein höherer Mischungsgrad und damit einhergehender höherer Modulationsgrad des Gebläses ermöglicht wird.
  • Die oben stehenden, für das Laufrad angeführten vorteilhaften Merkmale gelten mutatis mutandis auch für das Gehäuse des Gebläses, das isolierend ausgebildet, erdungsfrei betreibbar und aus sortenreinem Kunststoff gebildet sein kann.
  • Sowohl das Gehäuse als auch das Laufrad können im Spritzgussverfahren gefertigt werden. Auch möglich ist, ein herkömmliches metallenes Gehäuse aus Druckguss, z.B. aus Aluminium, zu verwenden und ein erfindungsgemäßes Gebläserad einzusetzen. Die Erfindung umfasst deshalb gerade auch die Verwendung eines isolierenden Gebläserads in einem beliebigen Mischgebläse.
  • Bei gemäß dem Stand der Technik verwendeten Mischgebläsen wurden stets leitfähige Bauteile eingesetzt, um das Gerät selbst als Zündquelle des explosiven Brennstoff-Luft-Gemisches auszuschließen. Bei der Verwendung von Wasserstoff als Brennstoff genügt bei einer optimierten Elektrode bei optimalen Zündfunken bereits eine Zündspannung von 1000-2000V, um die Zündung zu realisieren. Bei der Verwendung von in Europa üblicherweise verwendeten Gasen müssen jedoch bereits über 3000V Zündspannung vorliegen, um eine Zündung zu ermöglichen. Das gemäß der Erfindung verwendete isolierend ausgebildete Gebläseras und/oder Gebläsegehäuse können sich zwar aufgrund der Strömung innerhalb des Gebläses und gegebenenfalls in der Ansaugluft befindlichen Staubpartikeln (im Extremfall bis zu 800 µg/m3) bei hoher Drehzahl von über 6500 U/min ebenfalls aufladen, die erreichten Werte liegen jedoch deutlich unterhalb der kritischen Zündwerte, so dass eine Erdung verzichtbar und eine ungewollte Zündung aufgrund statischer Elektrizität innerhalb des Gebläses dennoch ausgeschlossen ist. Die gegebenenfalls auftretenden minimalen Aufladungen entladen sich selbständig ohne weiteres Zutun innerhalb kürzester Zeit. Zur Messung der Ladungen bzw. zur Ermittlung des Oberflächenpotenzials kann dabei beispielsweise ein Elektrofeldmeter PFM-711A eingesetzt werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführung ist dem Gebläse ein Brenner nachgeschaltet, der als Flammensicherung wirkt. Das explosionsfähige Atmosphärenvolumen innerhalb des Gebläses ist kleiner als 10 Liter und größer als 0,05 Liter.
  • In der nachfolgenden Figur ist beispielhaft schematisch der frühere Zustand der Erdung des Laufrads und die Ableitung der Aufladung anhand eines Gebläses im Querschnitt dargestellt. Es zeigt:
    • Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Gebläse gemäß dem Stand der Technik
  • Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines Gebläses mit einem Gehäuse 1, einem darin angeordneten Gebläserad 2, das auf einer Motorwelle 3 angeordnet ist, wobei die Motorwelle mittels eines Lagersystems 5 gelagert ist. Ferner ist eine Wellendichtung 4 vorgesehen, in die das Lager 5 eingesetzt ist. Sämtliche Bauteile sind ableitfähig oder leitfähig ausgebildet, so dass Aufladungen vom Gebläserad 2 bis zu dem Gehäuse 1 geleitet und über eine Erdung (nicht gezeigt) abgeleitet werden. Die aufwendige Ableitung der Aufladung ist mittels Pfeilen dargestellt. Die Aufladungen am Gebläserad 2 werden auf die Motorwelle 3 geleitet und von dieser durch das Lager 5 über die Wellendichtung 4 zu dem Gehäuse 1 weiterleitet.
  • Das erfindungsgemäße Gebläse überwindet die Nachteile des Stands der Technik und ermöglicht durch die isolierende Ausbildung zumindest des Gebläserades eine kostengünstige Lösung einer seit jeher bestehender Anforderungen.

Claims (15)

  1. Gebläse mit einem Gehäuse und einem auf einer Motorwelle angeordneten Gebläserad, das über einen Motor antreibbar ist, wobei
    - das Gebläse als ein Mischgebläse zur Förderung und Mischung eines brennbaren Mediums mit Luft ausgebildet ist, und
    - wobei zumindest das Gebläserad isolierend ausgebildet ist.
  2. Gebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläserad erdungsfrei montierbar und betreibbar ist.
  3. Gebläse nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläserad erdungsfrei auf der Motorwelle angeordnet ist.
  4. Gebläse nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläserad und/oder das Gehäuse aus sortenreinem Kunststoff gebildet ist/sind.
  5. Gebläse nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse isolierend ausgebildet ist.
  6. Gebläse nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse erdungsfrei montierbar und betreibbar ist.
  7. Gebläse nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläserad und/oder das Gehäuse einen Oberflächenwiderstand von Ro größer 109 Ohm aufweist.
  8. Gebläse nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtoberfläche des Gebläserads, gebildet zumindest aus Gebläseradoberfläche und Gebläseradunterfläche, Bereich zwischen 25cm2 und 500 cm2 ist.
  9. Gebläse nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtoberfläche des Gehäuses im Bereich zwischen 25cm2 und 1000 cm2 ist.
  10. Gebläse mit einer Wellenlagerung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die mindestens eine Wellenlagerung und/oder die Motorwelle und/oder die Wellendichtung isolierend ausgebildet ist.
  11. Gebläse nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellendichtung aus sortenreinem Material ist.
  12. Gebläse nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläserad und/oder das Gehäuse unbeschichtet ist/sind.
  13. Gebläse mit einem Ansaugbereich nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansaugbereich in Form einer Venturi-Düse ausgebildet ist.
  14. Gebläse nach dem vorigen Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszufuhr im oder vor dem Ansaugbereich erfolgt.
  15. Verwendung eines isolierend ausgebildeten Gebläserads in einem Mischgebläse zur Förderung und Mischung eines brennbaren Mediums mit Luft.
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