EP4686831A1 - Axialventilator mit fluid-rezirkulation - Google Patents

Axialventilator mit fluid-rezirkulation

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EP4686831A1
EP4686831A1 EP24192121.2A EP24192121A EP4686831A1 EP 4686831 A1 EP4686831 A1 EP 4686831A1 EP 24192121 A EP24192121 A EP 24192121A EP 4686831 A1 EP4686831 A1 EP 4686831A1
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EP
European Patent Office
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nozzle
main flow
axial fan
support part
fan according
Prior art date
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Pending
Application number
EP24192121.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Konrad Bamberger
Andreas Schubert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Viessmann Holding International GmbH
Original Assignee
Viessmann Holding International GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Viessmann Holding International GmbH filed Critical Viessmann Holding International GmbH
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Priority to US19/283,753 priority patent/US20260036142A1/en
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Pending legal-status Critical Current

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    • F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/307—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the tip of a rotor blade

Definitions

  • the present invention relates to an axial fan, in particular a fan of a heat pump, for example an air-to-water heat pump.
  • Axial fans also called axial blowers, are commonly used turbomachines for conveying a gaseous medium, especially air. They feature a rotating impeller with blades. The main flow direction of the conveyed air runs parallel to the axis of rotation of the impeller of the axial fan. Fans are designed to convey air as energy-efficiently as possible.
  • WO 2020/099027 A1 Disclosure reveals a diagonal fan with an impeller comprising impeller blades and a centrifugal ring that closes the ends of the impeller blades.
  • the fan motor is located downstream of the impeller in the main flow direction.
  • An inlet nozzle is positioned upstream of the impeller in the flow direction.
  • An annular bypass channel is provided between the inlet nozzle and the centrifugal ring, which directs a swirl-free secondary flow to the inlet side of the nozzle gap. This is intended to increase efficiency.
  • the axial fan according to the invention comprises a rotatable impeller with free-ending blades and a nozzle.
  • the nozzle forms a main flow channel that connects an inlet side of the fan with an outlet side, thereby defining a main flow direction.
  • the nozzle surrounds the impeller but does not rotate with it.
  • a bypass channel forms a flow connection from an outlet-side area of the nozzle to an inlet-side area of the main flow channel for the purpose of recirculating outlet air into the main flow channel of the nozzle.
  • the "shovel” is also referred to as a "blade”.
  • "Free-ending shovels” are usually called “blade tips”, regardless of the shape of the ends.
  • the bypass allows a portion of the air to be recirculated from the outlet pressure side (positive pressure area) of the fan to the inlet suction side (negative pressure area) of the fan. Due to the pressure difference, this bypass flow is drawn towards the inlet side.
  • the bypass channel reduces blade tip vortices at the tips of the blades and/or deflects them axially thanks to this bypass flow. This deflection and/or reduction of the blade tip vortices minimizes their interaction with neighboring blades, thus minimizing noise emissions and improving aeroacoustic performance.
  • the fan's energy efficiency is hardly reduced or even improved. This is because reducing and deflecting the blade tip vortices delays flow separation. The separation point shifts. to higher back pressures. The stall-free operating range is extended.
  • Premature flow separation not only reduces energy efficiency but also leads to instabilities that cause the blades to vibrate and can result in fatigue fractures. This improves the operating range and expands the stable operating range.
  • the wall of the support section and the wall of the nozzle at the inlet of the bypass channel have the same orientation and inclination. They form the walls of the bypass channel and enable a design that allows for the most turbulence-free merging of the main flow and the bypass flow.
  • a motor that drives the impeller is positioned upstream of the nozzle in the main flow direction.
  • the support element is a motor mount for a motor to drive the impeller.
  • the support element preferably comprises an outer support element and an inner support element, with the nozzle attached to the outer support element and the motor attached to the inner support element.
  • struts are provided that fasten the inner support element to the outer support element and give the motor mount the necessary stability.
  • the bypass channel is preferably circumferential. Preferably, it is ring-shaped. Preferably, it has few or no interruptions.
  • Figure 1 shows a preferred embodiment of an axial fan according to the invention. It comprises a motor carrier 1, 3, 4, a nozzle 2, a motor 5 and an impeller 6.
  • the motor mount has an outer first support part 1, an inner second support part 3 and struts 4 and forms an air flow opening 7.
  • the outermost first support section 1 typically serves as a wall ring for mounting the fan in or on a housing or in or on a building wall.
  • the outermost first support section 1 has a recess that defines an airflow opening 7.
  • the recess is preferably arranged centrally.
  • it tapers in the main flow direction, i.e., away from the motor mount and thus from the first support section 1. It tapers at least in the inflow region. Preferably, it tapers over the entire length of the nozzle 2.
  • the inner support part 3 and the air flow opening 7 are preferably arranged coaxially with each other.
  • the inner support part 3 and the outer support part 1 are also arranged coaxially with each other.
  • the inner support part 3 is designed to receive, preferably to mount, the motor 5, preferably an electric motor.
  • the inner support part 3 has a motor housing in the form of a dome with a curved surface facing the airflow. This is shown in the Figure 1 and 4 Clearly visible.
  • the main flow direction S is in Figure 3
  • the inner support part 3 has through-holes for fastening the motor 5 by means of screws in the motor housing and/or for routing power and/or sensor cables.
  • the motor support includes the struts 4. They serve to connect the inner support part 3 with the outer support part 1, ensuring sufficient stability for the motor support and thus for the entire fan.
  • the fan has an inlet side E and an outlet side A.
  • the rotation of the impeller 6 creates a low-pressure area, or suction side, on the inlet side E and a positive-pressure area, or pressure side, on the outlet side A.
  • These two sides are in Figure 4 marked with the reference symbols E and A.
  • the bypass channel 8 is annular, preferably forming a continuous circuit with only the necessary interruptions or without any interruptions at all. It is many times smaller than the main flow channel, which includes the airflow opening 7.
  • the outer support part 1 has a cover surface 12 on the inflow side and reinforcing ribs 11 on the outflow side. This is shown in the Figures 1 and 2 recognizable.
  • the cover surface 12 is closed except for the airflow opening 7.
  • a circumferential outer sleeve 11 projects from this surface towards the outlet side A.
  • a circumferential inner sleeve 14 is located at a distance from the outer sleeve 11.
  • the cover surface 12 projects radially inwards and beyond the inner sleeve 14, forming an inner skirt 13.
  • the skirt 13 is curved and projects with its free end towards the outlet side A. This is in Figure 6 recognizable.
  • the nozzle 2 has at least one skirt projecting outwards and towards the outflow side, which together with the inner jacket 14 and the inner skirt 13 of the first support part 1 form the bypass channel 8.
  • At least the inner jacket 12 and the inner skirt 13 of the first support part 1, as well as at least one of the outer skirts 20, 21 of the nozzle 2, are formed circumferentially. Preferably, they are formed identically over their entire circumference. Preferably, this also applies to the outer jacket 11 of the first support part 1 and to the other of the two skirts 20, 21 of the nozzle 2.
  • Figure 6 is an enlarged section of the Figure 5 In Figure 5
  • the first support part 1 and the nozzle 2 are more clearly visible.
  • the bypass channel 8 has an opening 80 into the main flow channel 9.
  • the opening 80 is located in the main flow direction, i.e., in the axial direction of the impeller, after the blade tips 600.
  • Figure 7 It is also apparent that the mouth is 80 or the The opening area of the bypass channel 8 is slit-shaped.
  • Figure 7 shows the flow pattern of the air flowing through the fan.
  • the bypass flow B is in Figure 7 This is represented by a fine dashed arrow.
  • the flow directions of the main flow H and the bypass flow B are the same in the region of the opening of the bypass channel 8 into the main flow channel 9. This is achieved in particular by the design of the opening area.
  • these flow directions are the same as the direction of the circumferential inner wall of the nozzle 2.
  • This inner wall is, as shown in Figure 7 It is recognizable as being preferably curved and tapering towards the outlet side A.
  • the bypass channel 8 can also have a different shape. It can be designed differently by a different design of the first support part 1 and/or the nozzle 2 and/or by using at least one further component.
  • the bypass channel 8 is preferably located radially from the blade tips of the impeller 6.
  • the bypass channel 8 is arranged at a larger radius. In the axial direction of the impeller 6, it is preferably located at the same level as the blade tips. In other embodiments, it is located upstream of the blade leading edge. In other embodiments, it is located between the leading and trailing edges of the impeller 6. The leading and trailing edges are defined by the direction of rotation of the impeller.
  • the impeller can be designed differently. In particular, the blades and/or their blade tips can have different shapes.
  • the bypass channel also improves the aeroacoustics and aerodynamics of free-ending blades when no pronounced tips or distinctive or specially shaped blade ends are present.
  • the axial fan according to the invention reduces noise emission and enables an extension of the stable operating range.

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Abstract

Ein Axialventilator weist eine Düse (2) und ein rotierbares Laufrad (6) auf, das frei endende Schaufeln (60) aufweist. Die Düse (2) bildet einen Hauptströmungskanal (9) aus, der eine Einströmseite (E) des Ventilators mit einer Ausströmseite (A) des Ventilators verbindet und dadurch eine Hauptströmungsrichtung (S) definiert. Die Düse (2) umgibt das Laufrad (6), wobei sie nicht mit dem Laufrad (6) mitrotiert. Ein Bypasskanal (8) bildet eine Strömungsverbindung von einer ausströmseitigen Umgebung der Düse (2) in einen einströmseitigen Bereich des Hauptströmungskanals (9) aus zwecks Rückführung von ausströmseitiger Luft in den Hauptströmungskanal (9) der Düse (2). Der Axialventilator vermindert die Schallemission und ermöglicht eine Erweiterung des abrissfreien Betriebsbereichs.

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Axialventilator, insbesondere einen Ventilator einer Wärmepumpe, beispielsweise einer Luft-Wasser-Wärmepumpe.
    • STAND DER TECHNIK
  • Axialventilatoren, auch Axiallüfter genannt, sind häufig eingesetzte Strömungsmaschinen zur Förderung eines gasförmigen Mediums, insbesondere von Luft. Sie weisen ein rotierendes Schaufelrad mit Schaufeln auf. Die Hauptströmungsrichtung der geförderten Luft verläuft parallel zur Drehachse eines Schaufelrads des Axialventilators. Ventilatoren sollen Luft möglichst energieeffizient fördern.
  • DE 44 38 184 C1 beschreibt einen Kühler einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Kühlerzarge und einem nachgeschalteten Axiallüfter. Ein Bypasskanal zwischen Kühlerzarge und Axiallüfter soll einen Rückströmwirbel verhindern, wobei die Innenwand der Kühlerzarge derart geformt ist, dass ein rückgeführter Bypass-Strom in Richtung der Hauptströmung umgelenkt wird.
  • WO 2020/099027 A1 offenbart einen Diagonallüfter mit einem Laufrad, das Laufradschaufeln und einen die Enden der Laufradschaufeln schliessenden Schleuderring aufweist. Der Motor des Lüfters ist in Hauptströmungsrichtung dem Laufrad nachgeschaltet. Eine Einlaufdüse ist in Strömungsrichtung vor dem Laufrad angeordnet. Zwischen der Einlaufdüse und dem Schleuderring ist ein ringförmiger Bypasskanal vorgesehen, der eine drallfreie Nebenströmung an die Einströmseite des Düsenspalts führt. Dies soll die Effizienz erhöhen.
  • Ventilatoren sollen auch möglichst leise arbeiten. Axialventilatoren mit Blattspitzen, d.h. mit frei endenden Schaufeln, erzeugen jedoch Blattspitzenwirbel, die die Energieeffizienz senken und massgeblich für die Schallemission verantwortlich sind.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen Axiallüfter mit frei endenden Schaufeln, zu schaffen, der bezüglich seiner Schallemission verbessert ist
  • Diese Aufgabe löst ein Axialventilator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Der erfindungsgemässe Axialventilator weist ein rotierbares Laufrad auf, das frei endende Schaufeln aufweist, sowie eine Düse. Die Düse bildet einen Hauptströmungskanal aus, der eine Einströmseite des Ventilators mit einer Ausströmseite des Ventilators verbindet und dadurch eine Hauptströmungsrichtung definiert. Die Düse umgibt das Laufrad, wobei die Düse nicht mit dem Laufrad mitrotiert. Ein Bypasskanal bildet eine Strömungsverbindung von einer ausströmseitigen Umgebung der Düse in einen einströmseitigen Bereich des Hauptströmungskanals aus zwecks Rückführung von ausströmseitiger Luft in den Hauptströmungskanal der Düse.
  • Die "Schaufel" wird auch als "Blatt" bezeichnet. "Frei endende Schaufeln" werden üblicherweise als "Blattspitzen" bezeichnet, unabhängig von der Form der Enden.
  • Der Bypass ermöglicht die Rückführung eines Teils der Luft von der ausgangsseitigen Druckseite (Überdruckbereich) des Ventilators zur eingangsseitigen Saugseite (Unterdruckbereich) des Ventilators. Dank der Druckunterschiede wird dieser Bypass-Strom in Richtung Einströmseite gesogen.
  • Der Bypasskanal vermindert dank dieses Bypass-Stroms die Blattspitzenwirbel an den Blattspitzen der Schaufeln und/oder lenkt sie in axialer Richtung ab. Die Blattspitzenwirbel können dank der Ablenkung und/oder Minderung weniger mit den Nachbarschaufeln interagieren. Die Schallemission wird dadurch minimiert. Dies verbessert die aeroakustischen Eigenschaften.
  • Trotz Rückführung eines Teils der Luft ist die Energieeffizienz des Ventilators kaum reduziert oder sogar verbessert. Grund hierfür ist, dass die Verminderung und Ablenkung der Blattspitzenwirbel den Strömungsabriss hinauszögern. Der Abrisspunkt verschiebt sich zu höheren Gegendrücken. Der abrissfreie Betriebsbereich wird erweitert.
  • Frühzeitige Strömungsabrisse vermindern nicht nur die Energieeffizienz, sondern sie führen ferner zu Instabilitäten, welche die Schaufeln in Schwingungen versetzen und zu Ermüdungsbrüchen führen können. Der Betriebsbereich wird somit verbessert und der stabile Betriebsbereich wird dadurch erweitert.
  • In bevorzugten Ausführungsformen weist der Bypasskanal bei Einmündung in den Hauptströmungskanal dieselbe Einströmrichtung auf wie der Hauptströmungskanal. Vorzugsweise bildet der Bypasskanal bei Einmündung in den Hauptströmungskanal eine stufenfreie Verlängerung einer in Haupt- und Bypass-Strömungsrichtung nachfolgenden Innenwand der Düse. Vorzugsweise ist der Ventilator so geformt, dass der Bypass-Strom parallel zur Innenseite der Düse ausgeblasen wird. Die Bypass-Strömung wird somit vorzugsweise parallel zur Hauptströmung eingeleitet.
  • Vorzugsweise weist der Axialventilator einen Trägerteil auf, an dem das Laufrad rotierbar angeordnet ist und an dem die Düse ortsfest bzw. stationär angeordnet ist. Der Bypasskanal ist zwischen einer Wand des Trägerteils und einer Wand der Düse ausgebildet.
  • Vorzugsweise weist die Wand des Trägerteils und die Wand der Düse bei Einmündung des Bypasskanals dieselbe Ausrichtung und Neigung auf. Sie bilden die Wände des Bypasskanals und ermöglichen eine Ausbildung, die ein möglichst turbulenzarmes Zusammenführen von Hauptstrom und Bypass-Strom ermöglichen.
  • Vorzugsweise ist ein Motor, der das Laufrad antreibt, der Düse in Hauptströmungsrichtung vorgeschaltet.
  • In bevorzugten Ausführungsformen ist das Trägerteil ein Motorträger für einen Motor zum Antrieb des Laufrads. Das Trägerteil weist vorzugsweise ein äusseres Trägerteil und ein inneres Trägerteil auf, wobei die Düse am äusseren Trägerteil und der Motor am inneren Trägerteil befestigt ist. Vorzugsweise sind Streben vorhanden, die den inneren Trägerteil am äusseren Trägerteil befestigen und dem Motorträger die benötigte Stabilität geben.
  • Der Bypasskanal ist vorzugsweise umlaufend ausgebildet. Vorzugsweise ist er ringförmig. Vorzugsweise weist er kaum oder keine Unterbrechungen auf.
  • Der Mündungsbereich des Bypasskanals ist vorzugsweise als Spalt ausgebildet. Er ist vorzugsweise sowohl in seiner Strömungslänge als auch in seinem Querschnitt um ein Vielfaches kleiner ausgebildet als der Hauptströmungskanal. Vorzugweise befindet er sich lediglich im einströmseitigen Bereich des Ventilators.
  • In einigen Ausführungsformen weist der Bypasskanal eine Einlassöffnung auf, die einen grösseren Querschnitt besitzt als seine Auslassöffnung, d.h. seine Mündungsöffnung. In anderen Ausführungsbeispielen ist die Grösse seines Querschnitts über seine Länge annähernd gleichbleibend oder er vergrössert sich zu seiner Mündung hin.
  • In einigen Ausführungsformen bildet der Bypasskanal einen Bogen, vorzugsweise in einem Winkel von mehr als 90°, bevor er in den Hauptströmungskanal mündet.
  • In bevorzugten Ausführungsformen verjüngt sich die Düse mindestens in ihrem eingangsseitigen Bereich zur Ausströmseite hin. In einigen Ausführungsformen verjüngt sie sich über ihre gesamte Länge.
  • Je nach Ausführungsform weist die Düse eine Länge auf, die grösser, annähernd gleich oder kleiner ist als die Länge des Laufrads.
  • In bevorzugten Ausführungsformen mündet der Bypasskanal in Hauptströmungsrichtung im Bereich der freien Enden der Schaufeln des Laufrads in den Hauptströmungskanal. In axialer Richtung gesehen, d.h. in Richtung der Hautströmung, mündet der Bypasskanal vorzugsweise im Bereich der Blattspitzen oder benachbart dazu strömungsabwärts in den Hauptströmungskanal, jedoch vorzugsweise in axialer Richtung gesehen im Bereich der Schaufeln.
  • Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. In den Zeichnungen zeigen:
    • Figur 1
    eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemässen Axialventilators von oben;
    Figur 2
    eine perspektivische Darstellung des Axialventilators gemäss Figur 1 von unten;
    Figur 3
    eine Ansicht des Axialventilators gemäss Figur 1 unten;
    Figur 4
    einen Querschnitt durch den Axialventilator gemäss Figur 1;
    Figur 5
    eine perspektivische Darstellung durch einen Teil des Axialventilators gemäss Figur 1;
    Figur 6
    einen vergrösserten Ausschnitt des Bereichs D gemäss Figur 5 und
    Figur 7
    eine weitere perspektivische Darstellung durch einen Teil des Axialventilators gemäss Figur 1.
    BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • In den Figuren 1 bis 4 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Axialventilators dargestellt. Er weist einen Motorträger 1, 3, 4, eine Düse 2, einen Motor 5 und ein Laufrad 6 auf.
  • Der Motorträger weist einen äusseren ersten Trägerteil 1, einen inneren zweiten Trägerteil 3 und Streben 4 auf und bildet eine Luftdurchströmungsöffnung 7 aus.
  • Der äussere erste Trägerteil 1 dient üblicherweise als Wandring zur Montage des Ventilators in oder an einem Gehäuse oder in bzw. an einer Gebäudewand. Der äussere erste Trägerteil 1 weist eine Ausnehmung auf, die eine Luftdurchströmungsöffnung 7 definiert. Die Ausnehmung ist vorzugsweise zentrisch angeordnet.
  • Die Luftdurchströmungsöffnung 7 weist vorzugsweise eine kreisrunde Form auf. Der äussere Trägerteil 1 weist in diesem Beispiel eine quadratische Grundform auf. Andere Grundformen sind möglich, beispielsweise rund, oval oder rechteckig.
  • Die Düse 2 des Ventilators ist am äusseren Trägerteil 1 des Motorträgers befestigt, vorzugsweise an ihrem Umfang. Vorzugsweise sind sie miteinander verschraubt. Entsprechende Schrauben sind in den Figuren 3, 4 und 6 mit dem Bezugszeichen 24 versehen. Dies ist in Figur 3 erkennbar. Die Düse 2 ist stationär und dreht sich, wie auch der Motorträger, nicht mit dem Laufrad 6 mit.
  • Vorzugsweise verjüngt sie sich in Hauptströmungsrichtung, d.h. vom Motorträger und somit vom ersten Trägerteil 1 weg. Sie verjüngt sich mindestens im Einströmungsbereich. Vorzugsweise verjüngt sie sich über die gesamte Länge der Düse 2.
  • Der innere Trägerteil 3 und die Luftdurchströmungsöffnung 7 sind vorzugsweise koaxial zueinander angeordnet. Vorzugsweise sind auch der innere Trägerteil 3 und der äussere Trägerteil 1 koaxial zueinander angeordnet.
  • Der innere Trägerteil 3 ist zur Aufnahme, vorzugsweise zur Lagerung des Motors 5, vorzugsweise eines Elektromotors, ausgebildet. In diesem Beispiel weist der innere Trägerteil 3 ein Motorgehäuse in Form einer Kuppel auf mit einer dem Luftstrom zugewandten gewölbten Oberfläche. Dies ist in den Figuren 1 und 4 gut erkennbar. Die Hauptströmungsrichtung S ist in Figur 3 mit einem Pfeil dargestellt. Der innere Trägerteil 3 weist Durchgangsöffnungen zur Befestigung des Motors 5 mittels Schrauben im Motorgehäuse und/oder zur Durchführung von Strom- und/oder Sensorkabeln auf.
  • Der Motorträger umfasst die Streben 4. Sie dienen zur Verbindung des inneren Trägerteils 3 mit dem äusseren Trägerteil 1, wobei sie eine genügende Stabilität für den Motorträger und somit für den gesamten Ventilator gewährleisten.
  • Die Ausbildung des hier dargestellten Motorträgers ist lediglich beispielhaft. Er kann auch anders ausgebildet sein. Insbesondere lassen sich anders geformte Streben verwenden oder anstelle von Streben auch ein Gitter oder es können andere verbindende und stabilisierende Elemente verwendet werden.
  • Der Motorträger 1, 3, 4 und/oder die Düse 2 ist vorzugsweise einteilig ausgebildet. sie sind vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt.
  • Das Laufrad 6, auch Flügelrad oder Propeller genannt, ist vorzugsweise am Motor 5 befestigt. Es lässt sich mittels des Motors 5 um die Achse L des Ventilators und somit des Motorträgers drehen.
  • In diesem Beispiel weist das Laufrad 6 drei Schaufeln 60 auf. Die Schaufeln 60 werden auch Blätter oder Flügel genannt. Die Schaufel 60 sind an einem inneren Ring 61 angeordnet. Rippen 62 versteifen den inneren Ring 61 und somit das Laufrad 6. Dies ist in den Figuren 2 bis 4 gut erkennbar.
  • Die Schaufeln 60 enden in freien Schaufelspitzen 600. In dieser Ausführungsform sind die Schaufelspitzen 600, auch Blattspitzen genannt, entgegen der Hauptströmungsrichtung S nach oben gebogen und sie sind spitzig zulaufend ausgebildet. Die entgegen der Hauptströmungsrichtung S vorstehenden und somit dem Unterdruckbereich zugewandten Spitzen verlaufen vorzugsweise in axialer Richtung. Vorzugsweise sind sie auch in umfänglicher Richtung, d.h. entlang des durch das Laufrad definierten Kreisumfangs, entgegen der Drehrichtung des Laufrads gebogen ausgebildet. Dies ist in den Figuren 4 und 7 gut erkennbar. Sie können jedoch auch andere Formen aufweisen.
  • Die Anzahl und Form der Schaufeln 60 sowie die übrigen Komponenten des Laufrads 6 sind hier lediglich beispielhaft. Das Laufrad 6 kann auch anders ausgebildet sein.
  • Der Ventilator weist eine Einströmseite E und eine Ausströmseite A auf. Durch die Rotation des Laufrads 6 entsteht auf der Einströmseite E ein Niederdruckbereich bzw. eine Saugseite und auf der Ausströmseite A entsteht ein Überdruckbereich bzw. eine Druckseite. Diese zwei Seiten sind in Figur 4 mit den Bezugszeichen E und A gekennzeichnet.
  • Zur Verminderung und/oder Ablenkung von Blattspitzenwirbel an den Enden bzw. Spitzen 600 der Schaufeln 60 ist ein Bypasskanal 8 vorhanden. Er ist in den Figuren 5 bis 7 erkennbar.
  • Der Bypasskanal 8 ist ringförmig, wobei er vorzugsweise mit nur zwingend notwendigen oder ohne Unterbrechungen umlaufend ausgebildet ist. Er ist um ein Vielfaches kleiner ausgebildet als der Hauptströmungskanal, der die Luftdurchströmungsöffnung 7 mitumfasst.
  • Wände des äusseren Trägerteils 1 und der Düse 2 bilden die Wände des Bypasskanals 8.
  • Das äussere Trägerteil 1 weist eine einströmungsseitig eine Deckfläche 12 und ausströmungsseitig verstärkende Rippen 11 auf. Dies ist in den Figuren 1 und 2 erkennbar.
  • Die Deckfläche 12 ist mit Ausnahme der Luftdurchströmungsöffnung 7 geschlossen ausgebildet. Ein umlaufender äusserer Mantel 11 ragt von dieser Oberfläche in Richtung Ausströmungsseite A. Ein umlaufender innerer Mantel 14 befindet sich in einem Abstand zum äusseren Mantel 11. Die Deckfläche 12 ragt radial nach innen und über den inneren Mantel 14 hinaus und bildet eine innere Schürze 13 aus. Die Schürze 13 ist gebogen ausgebildet und ragt mit ihrem freien Ende in Richtung Ausströmseite A. Dies ist in Figur 6 erkennbar.
  • Die Düse 2 weist mindestens eine nach aussen und in Richtung Ausströmseite ragende Schürze auf, die gemeinsam mit dem inneren Mantel 14 und der inneren Schürze 13 des ersten Trägerteils 1 den Bypasskanal 8 ausbilden.
  • In diesem Beispiel weist die Düse 2, siehe Figur 6, eine erste äussere Schürze 20 auf, die von der umlaufenden Wand der Düse 2 zur Einströmseite E überragt ist, wobei diese umlaufende Wand der Düse 2 in eine zweite äussere Schürze 21 übergeht. Zwischen der ersten äusseren Schürze 20 und der zweiten äusseren Schürze 21 ist eine Nut 22 ausgebildet. Die zweite äussere Schürze 21 ist vorzugsweise kürzer ausgebildet als die erste äussere Schürze 22. Ein oberer Bereich 23 der Innenwand der Düse 2 weist dieselbe Neigung auf die Innenseite der inneren Schürze 13 des ersten Trägerteils 1. Sie bilden den Mündungsbereich, der für den Bypass-Strom B dieselbe Strömungsrichtung ermöglicht wie für den Hauptstrom H.
  • Mindestens der innere Mantel 12 und die innere Schürze 13 des ersten Trägerteils 1 sowie mindestens eine der äusseren Schürzen 20, 21 des Düse 2 sind umlaufend ausgebildet. Vorzugsweise sind sie über ihren gesamten Umfang gleich ausgebildet. Vorzugsweise trifft dies auch auf den äusseren Mantel 11 des ersten Trägerteils 1 und auf die andere der zwei Schürzen 20, 21 der Düse 2 zu.
  • Figur 6 ist ein vergrösserter Ausschnitt der Figur 5. In Figur 5 ist das erste Trägerteil 1 und die Düse 2 besser erkennbar. In den Figuren 5 und 7 ist erkennbar, dass der Bypasskanal 8 eine Mündung 80 in den Hauptströmungskanal 9 aufweist. Die Mündung 80 befindet sich in Hauptströmungsrichtung, d.h. in axialer Richtung des Laufrads, nach den Schaufelspitzen 600. In Figur 7 ist ferner erkennbar, dass die Mündung 80 bzw. der Mündungsbereich des Bypasskanals 8 spaltförmig ausgebildet ist.
  • Figur 7 zeigt den Strömungsverlauf der durch den Ventilator strömenden Luft.
  • Mittels der Rotation des Schaufelrads 6 angesaugte Luft strömt von der Einströmungsseite E in Form eines Hauptstroms H durch den Hauptströmungskanal 9 zur Ausströmseite A. Der Hauptstrom H ist in Figur 7 mit mehreren dicken strichpunktieren Pfeilen dargestellt. Wie in Figur 7 erkennbar ist, wird er beim Einströmen in die Düse 2 umgelenkt, was aufgrund der Verjüngung der Düse 2 noch verstärkt wird. In anderen Ausführungsformen ist keine Verjüngung vorhanden und/oder der Hauptstrom wird nicht umgelenkt.
  • Ein Teil des auf der Ausströmseite A aus der Düse 2 austretenden Luftstroms wird aufgrund der herrschenden Druckverhältnisse entlang der Aussenseite der Düse 2 und durch den Bypasskanal 8 wieder in den Einströmbereich der Düse 2 zurückgeführt. Auch andere Luft kann aus dem Überdruckbereich der Düse 2 in den Bypasskanal 8 und in den Hauptströmungskanal 9 strömen. Der Bypass-Strom B ist in Figur 7 mit einem feinen gestrichelten Pfeil dargestellt. Wie durch Vergleich der Pfeile der zwei Ströme H, B erkennbar ist, sind die Strömungsrichtungen des Hauptstroms H und des Bypass-Stroms B im Bereich der Mündung des Bypasskanals 8 in den Hauptströmungskanal 9 gleich. Dies wird insbesondere durch die Gestaltung des Mündungsbereichs erreicht. Vorzugsweise sind diese Strömungsrichtungen gleich wie die Richtung der umlaufenden Innenwand der Düse 2. Diese Innenwand ist, wie in Figur 7 erkennbar ist, vorzugsweise gebogen und verjüngt sich in Richtung Ausströmseite A.
  • Vorzugsweise verjüngt sich der Bypasskanal 8 zur Mündung 80 hin. Vorzugsweise bildet die Mündung 80 eine kleinere Durchlassöffnung als der Eingang des Bypasskanals 8. Die zweite äussere Schürze 21 der Düse 2 verringert den Querschnitt im Vergleich zum Eingang des Bypasskanals 8, der durch die erste äussere Schürze 20 und dem inneren Mantel 14 des ersten Trägerteils 1 gebildet ist. Dies ist in den Figuren 6 und 7 erkennbar. Zwischen zweiter äusserer Schürze 13 und der Mündung 80 bildet der Bypasskanal 8 vorzugsweise einen Bogen aus, vorzugsweise von mehr als 90°.
  • Der Bypasskanal 8 kann auch eine andere Form aufweisen. Er kann durch andere Gestaltung des ersten Trägerteils 1 und/oder der Düse 2 und/oder unter Verwendung mindestens eines weiteren Bauteils anders ausgebildet sein. Der Bypasskanal 8 ist in radialer Richtung des Laufrads 6 vorzugsweise in einem Abstand zu den Blattspitzen auf einem grösseren Radius angeordnet. In axialer Richtung des Laufrads 6 befindet sich der Bypasskanal 8 vorzugsweise auf derselben Höhe wie die Blattspitzen. In anderen Ausführungsformen ist er stromauf zur Schaufelvorderkante. In anderen Ausführungsformen befindet er sich zwischen der Schaufelvorderkante und der Schaufelhinterkante des Laufrads 6. Die Vorderkante und die Hinterkante sind durch die Rotationsrichtung des Laufrads definiert. Das Schaufelrad kann anders ausgebildet sein. Insbesondere können die Schaufeln und/oder ihre Schaufelspitzen andere Formen aufweisen. Der Bypasskanal bringt auch eine Verbesserung der Aeroakustik und der Aerodynamik bei frei endenden Schaufeln, wenn keine ausgeprägten Spitzen bzw. keinen prägnanten oder speziell geformten Schaufelenden vorhanden sind.
  • Der erfindungsgemässe Axialventilator vermindert die Schallemission und ermöglicht eine Erweiterung des stabilen Betriebsbereichs.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1
    äusserer Trägerteil
    10
    Rippe
    11
    äusserer Mantel
    12
    Deckfläche
    13
    innere Schürze
    14
    innerer Mantel
    2
    Düse
    20
    erste äussere Schürze
    21
    zweite äussere Schürze
    22
    Nut
    23
    oberer Bereich der Innenwand
    24
    Schraube
    3
    innerer Trägerteil
    4
    Strebe
    5
    Motor
    6
    Laufrad
    60
    Schaufel
    600
    Schaufelspitze
    61
    Ring
    62
    Rippe
    7
    Luftdurchströmungsöffnung
    8
    Bypasskanal
    80
    Mündung
    9
    Hauptströmungskanal
    A
    Ausströmseite
    B
    Bypass-Strom
    E
    Einströmseite
    H
    Hauptstrom
    L
    Achse
    S
    Hauptströmungsrichtung

Claims (14)

  1. Axialventilator mit einer Düse (2) und mit einem rotierbaren Laufrad (6), das frei endende Schaufeln (60) aufweist,
    wobei die Düse (2) einen Hauptströmungskanal (9) ausbildet, der eine Einströmseite (E) des Ventilators mit einer Ausströmseite (A) des Ventilators verbindet und dadurch eine Hauptströmungsrichtung (S) definiert,
    wobei die Düse (2) das Laufrad (6) umgibt und
    wobei die Düse (2) nicht mit dem Laufrad (6) mitrotiert,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Bypasskanal (8) vorhanden ist, der eine Strömungsverbindung von einer ausströmseitigen Umgebung der Düse (2) in einen einströmseitigen Bereich des Hauptströmungskanals (9) ausbildet zwecks Rückführung von ausströmseitiger Luft in den Hauptströmungskanal (9) der Düse (2).
  2. Axialventilator nach Anspruch 1, wobei der Bypasskanal (8) bei Einmündung in den Hauptströmungskanal (9) dieselbe Einströmrichtung aufweist wie der Hauptströmungskanal (8).
  3. Axialventilator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Bypasskanal (8) bei Einmündung in den Hauptströmungskanal (9) eine stufenfreie Verlängerung einer in Hauptströmungsrichtung (S) nachfolgenden Innenwand der Düse (2) bildet.
  4. Axialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Axialventilator einen Motor (5) zum Antrieb des Laufrads (6) aufweist, wobei der Motor (5) der Düse (2) in Hauptströmungsrichtung (S) vorgeschaltet ist.
  5. Axialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei er einen Trägerteil (1, 3) aufweist, an dem das Laufrad (6) rotierbar angeordnet ist und an dem die Düse (2) ortsfest angeordnet ist, und wobei der Bypasskanal (8) zwischen einer Wand (14, 13) des Trägerteils (1, 3) und einer Wand (20, 21, 23) der Düse (2) ausgebildet ist.
  6. Axialventilator nach Anspruch 5, wobei die Wand (13) des Trägerteils (1) und die Wand (23) der Düse (2) bei Einmündung des Bypasskanals (8) dieselbe Ausrichtung und Neigung aufweisen.
  7. Axialventilator nach den Ansprüchen 4 und 6, wobei der Trägerteil ein Motorträger ist mit einem äusseren Trägerteil (1) und einem inneren Trägerteil (3), wobei die Düse (2) am äusseren Trägerteil (1) befestigt ist und wobei der Motor (5) am inneren Trägerteil (3) befestigt ist.
  8. Axialventilator nach Anspruch 7, wobei Streben (4) vorhanden sind, die den inneren Trägerteil (3) am äusseren Trägerteil (1) befestigen.
  9. Axialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Bypasskanal (8) umlaufend ausgebildet ist.
  10. Axialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Bypasskanal (8) in seiner Strömungslänge und in seinem Querschnitt um ein Vielfaches kleiner ausgebildet ist als der Hauptströmungskanal (9).
  11. Axialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Bypasskanal (8) eine Einlassöffnung aufweist, die einen grösseren Querschnitt aufweist als seine Auslassöffnung.
  12. Axialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Bypasskanal (8) einen Bogen bildet, bevor er in den Hauptströmungskanal (9) mündet
  13. Axialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei sich die Düse (2) mindestens in ihrem eingangsseitigen Bereich zur Ausströmseite hin verjüngt, wobei sie sich vorzugsweise über ihre gesamte Länge zur Ausströmseite hin verjüngt.
  14. Axialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Bypasskanal (8) in Hauptströmungsrichtung (S) im Bereich der freien Enden der Schaufeln (60) des Laufrads (6) in den Hauptströmungskanal (9) mündet.
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Citations (4)

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