WO2013120623A2 - Diffusor, ventilator mit einem solchen diffusor sowie gerät mit solchen ventilatoren - Google Patents

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WO2013120623A2
WO2013120623A2 PCT/EP2013/000453 EP2013000453W WO2013120623A2 WO 2013120623 A2 WO2013120623 A2 WO 2013120623A2 EP 2013000453 W EP2013000453 W EP 2013000453W WO 2013120623 A2 WO2013120623 A2 WO 2013120623A2
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WO
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diffuser
wall
section
fan
outlet
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PCT/EP2013/000453
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WO2013120623A8 (de
WO2013120623A3 (de
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Michael Stephan
Friedrich LÖRCHER
Daniel SEIFRIED
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Ziehl-Abegg Ag
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Publication date
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Priority to US14/379,292 priority patent/US10197070B2/en
Priority to JP2014556956A priority patent/JP6357424B2/ja
Priority to ES13748807T priority patent/ES2922729T3/es
Priority to CN201380020001.6A priority patent/CN104302927B/zh
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Publication of WO2013120623A3 publication Critical patent/WO2013120623A3/de
Publication of WO2013120623A8 publication Critical patent/WO2013120623A8/de

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    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
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    • F04D19/002—Axial flow fans
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    • F04D29/545—Ducts

Definitions

  • the invention relates to a diffuser according to the preamble of claim 1 or 10 or 11 or 12 or 14 or 15, a fan according to the preamble of claim 21 or 23 or 24 and according to claims 25 to 30 and a Device with such fans according to claim 31 or 32.
  • Fig. 12 shows a prior art device according to the prior art (DE 35 15 441), which is provided with a housing. On its top are fans mounted on heat exchangers. The fans blow the air freely, so that the entire dynamic energy is lost at the fan outlet.
  • outlet diffusers are used (DE 20 201 1 004 708 U1, FR 27 28 028).
  • the fans with the outlet diffusers can not be lined up close to each other. However, this is often required in such devices, the fans must also be arranged multi-row close together. Space is lost on a device with multiple fans. Between the diffusers then also form local dead water areas, which lead to increasing losses.
  • the invention has the object of providing the generic diffuser and the generic fan in such a way that the place on the equipment can be optimally utilized without the need for a structurally complex training is necessary.
  • the transitions between the sides of the wall in the height direction a twist which follows the swirl of the flow of air through the diffuser.
  • the transitions thus do not run in the height direction of the diffuser wall along a straight line, but curved accordingly.
  • the transition areas are designed to follow the flow direction of the air in the diffuser and the swirl of the flow behind the impeller of the fan. This results in minimal losses in the range of these transitions.
  • the diffuser wall itself has an angular outline at least at the outlet, wherein an angular outline also means that the transition between the sides of the diffuser wall can be rounded.
  • the angular design makes it possible to place several diffusers with only a small distance next to each other, so that in devices in which only a limited amount of space is available and several diffusers are needed, they can be arranged directly next to each other in one or more rows. Since the diffuser has the round cross-section at the inlet, the diffuser according to the invention can be connected to conventional fans, the connection region of which is generally round or circular. The diffuser according to the invention can therefore also be grown on existing fans.
  • the outlet of the diffuser wall has advantageously quadrangular outline, so that adjacent diffusers with their respective contour sides either abutting one another or with only the smallest distance next to and behind each other can be positioned.
  • the surface is optimally used to delay the flow velocity.
  • the diffuser walls may have at least at the outlet triangular, square, hexagonal or other polygonal outline.
  • the quadrangular outline is advantageous if the mounting surface has a corresponding quadrangular outline.
  • the sides of the angular diffuser wall are advantageously continuously curved into each other, resulting in optimal flow conditions.
  • the cross-section of the diffuser increases in a preferred embodiment in the flow direction, which is advantageous for the reduction of the flow velocity. It is advantageous if the cross section of the diffuser initially decreases from the inlet end and then increases. The flow can thereby be delayed with only small losses in the increasing cross-sectional area, resulting in a high diffuser efficiency.
  • the diffuser is provided with at least one further wall, which is surrounded by the diffuser wall at a distance. This additional wall results in optimum flow conditions.
  • the walls of the diffuser can in this case have the same height, but also have different heights. It is therefore very easy to achieve the desired flow conditions by appropriate design of the diffuser walls.
  • the further wall of the diffuser is advantageously designed similar to the outer diffuser wall. Accordingly, the further wall advantageously has an angular cross-section at least at the outlet.
  • the sides of the further diffuser wall are advantageously continuously curved into each other.
  • the diffuser according to claim 10 is characterized in that the further diffuser wall at the inlet has a round, preferably circular outline, which merges continuously over the height of the further diffuser wall into the angular cross-section.
  • the flow conditions are much better.
  • the diffuser according to the invention according to claim 1 1 is characterized in that the transitions between the sides of the further angular diffuser wall in the height direction have a twist or a twist.
  • the flow conditions can be optimally adapted to the particular application.
  • the relationship between this angle and the aspect ratio does not only apply to the diffuser outer wall but also to any other diffuser walls that may be provided.
  • the value for all walls may be the same, but also different from wall to wall.
  • the diffuser according to claim 14 is characterized in that the ratio of inlet cross section to outlet cross section of the diffuser in a range ⁇ about 5, preferably between about 1, 2 and about 3, is located.
  • the diffuser according to claim 15 has the two walls whose outlet ends to increase the outflow of the diffuser are at different heights. By selecting the appropriate height of the walls, the size of the outflow surface can be adapted to the application.
  • the outlet ends of the walls may lie in a curved surface, which may be, for example, a spherical or cylindrical surface.
  • a very large outflow area can be created in a small installation space, wherein the ratio between the size of the outflow area and the size of the inflow area can be selected to be large. The larger this area ratio, the greater the conversion of the dynamic energy of the air flow at the diffuser inlet into pressure energy.
  • the large outflow area leads to a reduction of the air flowing out of the passage and thus to an increase in the efficiency.
  • the outlet ends of the walls can also lie in the areas of an imaginary square or a pyramid. This also results in a very large exit surface at a given space.
  • the entrance ends of the walls may lie in a common plane.
  • the inlet ends of the walls lie in different planes, that is, have different distances from the inlet cross-section of the diffuser.
  • Such a design of the diffuser leads to a particularly low-loss training.
  • At least one opening is provided in at least one wall of the diffuser through which adjacent passages of the diffuser are connected. the flow-connected, flow separation in the corresponding fürläse can be prevented or at least delayed.
  • the opening may be a gap extending over at least part of the circumference of the corresponding diffuser wall.
  • these different configurations of the openings can also be used in combination with each other on the inner wall of the diffuser. If the diffuser has, in addition to the outer wall, more than one further wall, then these openings can be provided in at least one of these further walls, but also in two or more of the further walls. Also in the outer wall of the diffuser such openings may be provided.
  • the fan according to the invention according to claim 21 is characterized in that the transitions at the outlet end between the sides of the wall have a curvature which lies in a range of approximately ⁇ 0.5 ⁇ D. In this way, the transitions at the outlet end can be designed so that optimal flow conditions arise.
  • the curvature is advantageously in a range of approximately ⁇ 0.25 ⁇ D.
  • the exit surface of the wall with the rounded transition is smaller than the exit surface without a rounded transition at the exit end.
  • the area deviation is in the range between about 1 and about 1.27, preferably between about 1 and about 1.05.
  • the ratio of the axial length of the diffuser to the diameter of the fan in a range of about ⁇ 5, preferably between about 0.2 and about 2.
  • the efficiency of the diffuser can be adjusted to the specified installation conditions.
  • the diffuser is configured so that the transitions between the sides of the diffuser wall in the height direction have a twist that follows the twist of the flow of air through the diffuser.
  • the fan according to claim 26 is characterized in that the diffuser has the further wall, which has the round, preferably circular cross-section at the inlet, which merges over the height of the further wall steadily into a polygonal cross-section.
  • the fan according to claim 27 has the diffuser, which is formed so that the transitions between the sides of the further wall in the height direction have a twist or a connection.
  • the fan according to claim 28 is characterized in that the diffuser has a wall which transitions over the height of the wall from a circular inlet cross-section into an angular outlet cross-section, the transitions between the sides of the wall in the height direction having a twist taking into account the angle between the two radials and the diameter of the fan and the axial length of the diffuser is configured.
  • the diffuser is designed so that the ratio of inlet cross section to outlet cross section in a range ⁇ about 5, preferably between about 1, 2 and about 3, is located.
  • the fan according to claim 30 has the diffuser, whose at least two walls are formed so that their outlet end to increase the outflow surface is at different heights.
  • the device according to the invention according to claim 31 is designed such that the upper side of the housing side wall can be used optimally for the arrangement of the diffusers. At least two fans with diffusers are arranged on the upper side of the housing. These ventilators can be arranged with diffusers on each suitable side of the device housing.
  • the diffusers have a square outlet cross-section.
  • the angular design makes it possible to place the plurality of diffusers with only a small distance next to each other, so that in devices in which only a limited amount of space is available and multiple diffusers are used, these can be arranged directly next to each other in one or more rows.
  • the outlet cross sections have a quadrangular outlet cross section, adjacent diffusers with their respective contour sides can be arranged adjacent to one another or with only the smallest distance next to and behind one another. As a result, the housing side is optimally used to delay the flow velocity.
  • the outline shape of the diffusers at the outlet end preferably depends on the outline shape of the housing side on which the diffusers are provided.
  • the surface of the housing side can be optimally covered with corresponding diffusers, the housing side can be used optimally.
  • Show it 1 is a perspective view of a housing arranged outlet diffuser according to the invention of fan units
  • FIG. 3 is a rear view of the outlet diffuser according to FIG. 2, FIG.
  • FIG. 4 shows a rear view of a further embodiment of an outlet diffuser according to the invention
  • FIG. 5 is a plan view of the outlet diffuser of FIG. 4,
  • FIG. 6 shows the outlet diffuser according to FIG. 5 in a perspective view
  • Fig. 7 is a rear view of an outlet diffuser with a twist in the
  • FIG. 14 is an axial sectional view of another embodiment of an outlet diffuser according to the invention.
  • 16 is a perspective view of another embodiment
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a housing 1 of a device 2, which is a heat exchanger by way of example.
  • the device 2 is a stand-alone device in the illustrated embodiment, but may also be a device mounted on a wall, a ceiling and the like.
  • the device 2 has a plurality of fans 3, which are arranged by way of example in two rows with a small distance one behind the other.
  • the fans 3 can be provided pressing or suction on the device or integrated into the device 2.
  • the fans 3 each have an outlet diffuser 4 (hereinafter referred to as a diffuser) by which leakage losses are minimized by converting the velocity of the exiting air into pressure.
  • a diffuser an outlet diffuser 4
  • the diffusers 4 are provided on the rectangular top 5 of the housing 1. To make optimum use of this rectangular top 5, the diffusers 4 have a quadrangular outline. This results in a particularly high increase in efficiency. The square shape leads to a large exit surface for the exiting air. Also occurs by no flow separation.
  • the diffusers 4 are exemplarily arranged so that they touch each other with their adjacent edges, as shown particularly in Fig. 1.
  • a diffuser 4 is explained in more detail. It has an annular interface 6, with which the diffuser 4 can be connected to the fan. At the outer edge 7 of the interface 6 includes a wall 8, which initially has a circular cross section and at a distance from the outer edge 7 continuously merges into a quadrangular outline. The wall 8 has the quadrangular outline over part of its height.
  • the only wall 8 is sufficient for the diffuser 4 as a diffuser wall.
  • two intermediate walls 9 and 10 are provided, which have over their height distance from each other, so that between the two partitions 9 and 10, a passage 11 is formed. Also between the intermediate wall 9 and the outer wall 8, there is a distance over the entire wall height, so that between the two walls 8 and 9, a further passage 12 is formed for the air.
  • the passages 11, 12 have a quadrangular shape.
  • the intermediate walls 9, 10 have the transition from a circular interface 13, 14 in the quadrangular shape as the jacket 8, wherein the quadrangular shape is to be understood in the same manner as in the wall 8.
  • the interfaces 13, 14 have smaller diameter than that Interface 6, wherein the interface 14 of the inner intermediate wall 10 has smaller diameter than the interface 13 of the middle partition 9.
  • the interface 14 advantageously has approximately the same diameter as the hub 21 (FIG. 9) of the impeller 20.
  • the walls 8 to 10 are designed so that the outline of the walls towards their free end increases, preferably steadily increases. The walls 8 to 10 thus have the largest outline at the free end.
  • the course of the walls 8 to 10 may be formed so that they extend from the interface 6, 13, 14 at least approximately parallel to each other. Depending on the flow conditions, however, the walls 8 to 10 may also be designed such that they do not extend parallel to one another.
  • the diffuser 4 may also have only one intermediate wall or more than two intermediate walls.
  • the walls 8 to 10 have the same height in the embodiment of FIG. 2, so that their free ends lie in a common plane.
  • the walls 8 to 10 may also be different heights.
  • the height of the walls 8 to 10 decreases from outside to inside. But it can also be two of the walls 8 to 10 the same height and the third wall higher or shorter than the other two walls. The height of the walls can thus be optimally adapted to the respective flow conditions so that the outlet losses are minimized.
  • the partitions 9, 10 are fixedly connected to each other and with the outer wall 8 in a suitable manner, for example by cross struts, with which the walls are interconnected.
  • the transition can, as shown by way of example in FIG. 4, take place in such a way that the transition areas 15, 16 between the sides 34 to 37 of the wall 8 are curved over their height. This course over the height of the wall 8 is indicated by the lines 15 in FIG. 4.
  • the transition region 5, 16 extends almost over the entire height of the wall 8.
  • the curvature is provided so that the transitions 15, 16 have a twist and the flow direction of the air behind the (not shown) impeller of the fan 3 follow.
  • the curvature is provided so that the transition regions 15, 16 form an angle along their length with a radial of the diffuser, which extends through the rounded corner 16 of the wall 8.
  • transitions 15, 16 Due to the course described occur only very small flow losses through the transitions 15, 16 at most. Due to the curvature, the transitions 15, 16 follow the swirl of the air flow within the diffuser 4. The Ü-transitions 15, 16 extend approximately from the outlet end of the wall 8 to close to the circular outer edge 7 of the interface. 6
  • the intermediate walls 9 and 10 are provided with such transitions 17, 18, which are also curved according to the flow of air behind the impeller curved like a spiral and from the transition areas between the sides of the intermediate walls 9, 10 from close to the respective interface 13, 14 extend.
  • transitions 15, 16; 17, 18 may also extend, as seen in the axial direction of the diffuser 4, straight, again these transition areas include an angle with the radial of the diffuser.
  • the walls 8 to 10 have a square outline. But you can also have rectangular, hexagonal or, for example, triangular outline.
  • the outline shape depends in particular on the shape of the corresponding side of the housing 1, on which the diffusers 4 are provided. The outline shape of the stream Outflow can thus be chosen so that the available housing side is optimally utilized.
  • the described twisting (twist) between the sides of the walls 8 to 10 is indeed an advantageous embodiment in the diffusers 4, but it is not absolutely necessary.
  • the diffusers 4 are characterized by no twisting (twist) at the transitions between the sides of the walls by excellent properties for use.
  • Fig. 9 shows the connection of the diffuser 4 to a nozzle 19 of the fan 3.
  • the nozzle 19 has a circular outline.
  • the fan 3 has the impeller 20 with the hub 21, from which the wings 22 protrude at equal intervals. They are advantageous at the radially outer edge, each with a
  • Winglet 23 provided.
  • the rear in the direction of rotation edge 24 of the wings 22 is profiled tooth-like.
  • the wings 22 of the impeller 20 may of course also have any other suitable design.
  • the diffuser 4 is radially connected to the nozzle 19 of the fan 3, preferably screwed, which is indicated by the dotted line 25.
  • the nozzle 19 is provided on a nozzle plate 32 which has approximately the same cross section as the free end of the wall 8. The nozzle 19 and the
  • Nozzle plate 32 are advantageously integrally formed with each other, but may also be separate components that are firmly connected together in a suitable manner.
  • the nozzle plate 32 advantageously has the same angular outline as the outlet end of the wall 8.
  • the nozzle plates 32 and the walls 8 of the diffusers 4 of adjacent fans 3 can abut each other, as shown in Fig. 1.
  • the diffuser 4 has the outer wall 8 and the intermediate walls 9, 10. In axial section, as is apparent from Fig. 9, the sides of the outer wall 8 are approximately concave.
  • the sides of the intermediate wall 9 extend in an axial section approximately straight, while the sides of the intermediate wall 10 have an approximately convex course.
  • Such a design of the walls 8 to 10 may be provided in all described embodiments.
  • vanes 26 may be provided in the diffuser, which extend between the walls 8 to 10 and are arranged rigidly.
  • the guide vanes 26 are located on the side facing away from the blades 22 side of the radial attachment 25 or, in the embodiment of FIG. 10, the axial attachment.
  • the diffuser 4 is pushed with its interface 6 on or in the nozzle 19 and fixedly connected to the nozzle by the radial attachment 25, which is advantageously a screw.
  • the walls 8 to 10 of the diffuser 4 can be designed to dampen noise in the described embodiments, so that only a quiet operating noise arises in use of the fans.
  • the walls 8 to 10 may also be designed to be adjustable in the described embodiments, so that they can be adapted in their outline shape at least over part of their height to the flow conditions and / or installation conditions.
  • the walls 8 to 10 may be designed to be flexible over at least part of their height, for example, for adjustability.
  • FIG. 10 shows the possibility of axially fixing the diffuser 4 to the nozzle 19 of the fan 3.
  • the interface 6 of the outer wall 8 may be provided with a radially outwardly extending annular flange 27 which is axially secured to a radially outwardly extending annular flange 28 at the free end of the nozzle 19.
  • This axial attachment is also advantageous a screw connection, which makes it possible to remove the diffuser 4 from the nozzle 19 as needed.
  • the diffuser 4 can be built relatively short due to the intermediate walls. The air conveyed by the impeller 20 passes between the walls 8 and 9 or 9 and 10.
  • the flow cross-section of the passages 1 1 and 12 initially decreases in the flow direction until it has its smallest cross-section in the region 29 indicated by a dashed line.
  • the air is accelerated within this range 29, which leads to a homogenization of the air flow.
  • the air flow can then be delayed with lower losses, resulting in a high efficiency of the diffuser 4.
  • From the region 29, the flow cross section of the passages 11, 12 increases in the direction of the outlet end, preferably continuously.
  • the cross-sectional constriction 29 also prevents premature stalling (breakdown of the flow) in the passage 11 and 12.
  • Fig. 1 1 shows an exemplary and advantageous use of the diffuser 4.
  • the inner partition wall 10 surrounds a terminal box 30 or a place for the electronics when the fan 3, an external rotor motor is used.
  • the part 30 would be the motor of the fan.
  • the air flow generated by the fan 3 flows through the passages 1 1, 12.
  • the air flow flowing through the passage 11, the surface of the motor 30 is well cooled, whereby an effective cooling of the electronics or electrical components of the engine is achieved.
  • the outer wall 8 of the diffuser 4 is formed integrally with the nozzle 19 in the embodiment of FIG. 1 1.
  • the exit region of the two passages 11, 12 is covered by a contact protection 31, which may be formed by a corresponding grid or by individual bars.
  • the contact protection 31 has a large distance from the rotating impeller 20.
  • the contact protection 31 can thereby be formed so that only small pressure losses occur when the air exits the diffuser 4 and only a small noise occurs. This effect can be achieved in particular by the contact protection 31 having a correspondingly large mesh size.
  • the described contact protection 31 may be provided in all described and illustrated embodiments.
  • the diffuser 4 of the described embodiments can be used for evaporators, condenser, air cooler, recooler and the like. As described with reference to FIGS. 9 to 11, the diffuser 4 may be provided with a supporting function for receiving the fan motor 30.
  • the fans 3 may be axial or diagonal fans.
  • the diffuser 4 may, if it does not have a swirl-having transition region 15, 16; 17, 18 in the walls 8 to 10, also be used for centrifugal fans.
  • the radius R at the exit end of the wall 8 ( Figure 7) is advantageously in a range of ⁇ 0.5 x D, where D is the diameter of the impeller 20 ( Figure 9).
  • the radius R of the rounded corners of the wall 8 in a range ⁇ about 0.25 x D. This design is valid for both diffusers 4 with and without twisting (twist).
  • the exit surface of the wall 8 is smaller due to the rounding of the corners than in a quadrangular outline at the exit end.
  • the area deviation A / A R of the maximum available angular area A is in the range between about 1 and 1, 27, preferably in a range between about 1 and about 1, 05.
  • the ratio described can be applied in principle to the walls 9 and 10.
  • the fillet does not have to be part of a circular arc (radius R), but can also have other shapes.
  • the described area ratio applies to diffusers with and without distortion (twist).
  • the efficiency of the diffuser can be optimally adjusted by the ratio of length L to diameter D of the fan 3 to the predetermined installation conditions.
  • This length-diameter ratio L / D is in a range of ⁇ 5, preferably in a range of about 0.2 to about 2. This ratio applies to all described embodiments, especially for diffusers without twisting (twist).
  • the inlet cross-section with A E and the outlet cross-section of the diffuser 4 is designated A A.
  • the ratio of exit surface to entry surface A A / A E is in a range of less than about 5, advantageously in a range between about 1, 2 and about 3.
  • the area ratio applies to all embodiments, in particular for diffusers without distortion (twist).
  • the twist or twist 15, 16 described with reference to FIGS. 4 to 7; 17, 18 is defined by the relationship ⁇ x, where the angle ⁇ between the two radials n and r 2 is measured.
  • the Radial extends through the intersection region between the transition region 15 with the inner free edge 7 of the wall 8.
  • the radial r 2 runs in contrast to lying in the exit surface corner region of the wall 8 from which the transition region 15 extends.
  • This twist or swirl ⁇ x is in a range between 0 ° and 360 °, but advantageously in a range between about 50 ° and 100 °.
  • FIG. 13 shows a diffuser 4, which is similar to the embodiment of FIG. 10 axially fixed to the nozzle 19 of the fan.
  • the diffuser 4 has except the outer wall 8, the intermediate walls 9, 10 and 38. They are each circumferentially formed and limit passages 1 1, 12, 39, 40, through which the air sucked by the fan flows.
  • the walls 8 to 10, 38 are each formed curved over their height and arranged so that the flow cross-section of the passages 1 1, 12, 39, 40 increases in the flow direction.
  • the inner intermediate wall 38 surrounds at a distance a central guide body 41, which continues the outer contour of the hub 21 of the impeller 20 of the fan 3 and continuously tapers from the hub 21 in the flow direction of the air until it runs out in a point.
  • the guide body 41 is formed approximately conically with a curved cone sheath line.
  • the diffuser 4 may also have a peripheral wall 41 according to the previous embodiments.
  • the walls 8 to 10, 38, 41 of the diffuser 4 are formed so that their outlet ends are at different heights.
  • the outlet ends of the walls lie on a circular arc 42.
  • the center of the circular arc 42 is located on the axis 43 of the guide body 41 in the region between the hub 21 and the Leit stressesspitze.
  • the Leit stresses dictate itself lies on the arc 42.
  • the inflow end 46 of the walls 8 to 10, 38, 41 is at the same level, while the outlet ends of the walls are arranged at different heights on the circular arc 42.
  • the height of the walls increases from the wall 8 to the intermediate wall 38 and the jacket of the guide body 41. Due to the different height of the walls 8 to 10, 38, 41 results in a large diffuser exit surface A A , which is characterized in axial section through the arc 42.
  • the diffuser inlet surface A E is substantially smaller than the diffuser exit surface A A. The larger the ratio of diffuser outlet area A A to diffuser inlet area A E , the more dynamic Energy of the airflow at the diffuser inlet is converted to pressure energy.
  • the outline shapes of the diffuser walls 8 to 10, 38, 41 may be square or round. In an exemplary embodiment with only round cross-sections of the diffuser walls 8 to 10, 38, 41 results in a diffuser exit surface AA, which lies approximately on a Kalotten setup, for example on a hemisphere surface.
  • the calotte surface is considerably larger than diffuser walls whose outlet ends lie in a flat surface whose width corresponds to B A.
  • the inflow edges 46 of the walls 9, 10, 38, 41 are in this embodiment in a common radial plane of the diffuser 4, but can also be at different heights.
  • a particularly advantageous embodiment results when the diffuser walls 8 to 10, 38, 41 at the outlet end at the angle ⁇ of about 90 ° to the associated tangent to the circular arc 42 and thus to the imaginary diffuser exit surface AA.
  • the end regions of the diffuser walls 8 to 10, 38, 41 can also lie at different angles ⁇ to the circular arc 42.
  • the diffuser exit surface can also be designed so that it has the shape of a half ellipse in axial section.
  • the length of a semi-axis, which extends transversely to the fan axis is limited by the available space.
  • the length of the other semi-axis, which is parallel to the fan axis, can be made larger, whereby the diffuser exit surface A A is increased accordingly.
  • the size of the exit surface A A can be maximized by means of different axial heights of the diffuser walls for a given installation space.
  • FIG. 14 shows, in an axial section, a further possibility of enlarging the diffuser exit surface A A in comparison to the diffuser entry surface A e .
  • the exit surface A A in axial section has a U-shape. If the diffuser walls are rectangular in outline, for example, then the exit surface A A is provided at the outer sides of an imaginary cuboid 44 which are at right angles to one another. If, on the other hand, the diffuser walls have a round, for example circular, outline, the exit surface A A lies approximately on the cylinder jacket of an imaginary cylinder 45.
  • the height H A of the exit surface can be selected transversely to the fan axis, regardless of the installation space of the diffuser. Depending on the size of the height H A , the exit area A A can be increased more or less.
  • the diffuser has a plurality of walls, each spaced from each other and form between them air passages.
  • the walls of the diffuser 4 are curved over their height.
  • the walls are designed so that widens the flow cross-section of the passages between the walls in the flow direction.
  • the walls may have round and / or angular outline.
  • a part of the walls of the diffuser 4 opens into the side surfaces and a part in the end face of the diffuser.
  • the walls of the diffuser 4 are each formed so that the outlet ends in the amount of the front side or the side surface (s) of the imaginary cuboid 44 and the imaginary cylinder 45 are.
  • the entrance ends 46 are at different axial heights. Accordingly, the entrance ends 46 of the diffuser walls are at different distances from the diffuser inlet.
  • Such a design of the diffuser leads to a particularly low-loss design.
  • the guide body 41 is in turn centrally located and extends from the hub 21 upwards.
  • the guide body 41 is conical in shape, with the apex of the cone lying in the end face of the imaginary cuboid 44 or of the imaginary cylinder 45.
  • the guide body of the diffuser 4 may have a circumferential wall 41 according to the embodiments of FIGS. 1 to 1 1.
  • the cuboid or cylindrical configuration of the outline of the diffuser 4 in the embodiment according to FIG. 14 is only to be understood as an example.
  • the diffuser can also have the shape of an isosceles triangle in axial section, for example, whose axis of symmetry is the fan axis 43.
  • the walls of the diffuser are then also of different heights and arranged so that the exit ends of these walls lie in the sides of the triangle. If the diffuser walls have a round outline, an equilateral triangle results in an axial outline of the conical shape of the diffuser. If the walls are square, roughly quadrangular in outline, the result for the diffuser is a square or four-sided pyramid.
  • the exit area A A in such embodiments, as in the embodiment according to FIGS. 13 and 14, is substantially larger than the diffuser entry area A E.
  • the exit ends of the walls can be like lie in the previous embodiment at about 90 ° to the side surfaces and also to the end face of the diffuser 4.
  • the diffusers in combination may have walls with a round and angular outline.
  • FIG. 15 A particularly advantageous embodiment of a diffuser is shown in FIG. 15.
  • the diffuser 4 has a similar design to the embodiment according to FIG. 10.
  • the diffuser is connected to the nozzle 19 of the fan 3.
  • the nozzle 19 has a circular outline.
  • the fan 3 has the impeller 20 with the hub 21, from which the wings 22 protrude at equal intervals. They are advantageously provided on the radially outer edge, each with a winglet 23.
  • the rear in the direction of rotation edge 24 of the wings 22 is advantageously profiled, in particular profiled tooth-like.
  • the wings 22 are advantageously formed wound.
  • the wings 22 can of course also have any other suitable design.
  • the diffuser 4 may be connected to the nozzle 19 radially or axially, as has been described with reference to FIGS. 9 and 10.
  • the nozzle 19 is provided on the nozzle plate 32, which has approximately the same cross-section as the free end of the wall 8.
  • the nozzle 19 and the nozzle plate 32 are advantageously integrally formed with each other, but may also be separate components, which are firmly connected together in a suitable manner.
  • the nozzle plate 32 advantageously has the same angular outline as the outlet end of the wall 8.
  • the nozzle plates 32 and the walls 8 of the diffusers 4 of adjacent fans 3 can abut each other here, as shown by way of example in FIG.
  • the outer wall 8 is approximately concave in axial section.
  • the sides of the intermediate wall 9 are approximately straight in axial section, while the sides of the intermediate wall 10 have an approximately convex course in axial section.
  • the guide vanes 26 may be provided in the diffuser 4, which extend between the walls 8 to 10 and are arranged rigidly.
  • the guide vanes 26 are located on the side facing away from the wings 22 side of the attachment 25, via which the diffuser 8 is connected to the nozzle 19.
  • the diffuser 4 is pushed with its interface on or in the nozzle 19.
  • the walls 8 to 10 can be designed to dampen noise, so that the use of the fans produces only a quiet operating noise.
  • the walls 8 to 10 can be designed to be adjustable, so that they can be adapted in their outline shape at least over part of their height to the flow conditions and / or installation conditions.
  • the intermediate wall 9 consists of two slightly overlapping wall sections 9a and 9b.
  • the overlap area is designed so that a gap 47 results, which leads to a positive fluidic effect.
  • Part of the air flowing through the passage 1 1 passes through the air gap 47 and thereby passes into the passage 12.
  • this gap 47 which extends advantageously over the circumference of the intermediate wall 9, the boundary layer flow in the axially outer passage 12 by means of accelerated by high-energy flow of the inner passage 1 1.
  • a flow separation in the further outward passage 12 is prevented or at least delayed. In this way, the energy efficiency of the diffuser 4 is increased.
  • the overlap of the two wall sections 9a, 9b may be designed such that part of the air flows from the inner into the outer passage or from the outer into the inner passage.
  • the annular gap 47 may be interrupted by webs or the like, through which the two wall sections 9a, 9b in the overlapping region be connected to each other.
  • the diffuser may also be provided at other locations with corresponding columns 47.
  • Fig. 16 shows a diffuser 4, in which the intermediate wall 9 is provided with recesses 48 or slots 49, through which a similar action is achieved as through the gap 47 of the diffuser of FIG. 15.
  • recesses or slots Through these recesses or slots is high-energy fluid from a passage in the boundary layer of the adjacent passage to avoid Stahl Anlagenabitesen or at least reduce.
  • the recesses 48 are advantageously distributed over the circumference of the intermediate wall 9.
  • the recesses 48 and the slots 49 may also be provided in combination on the intermediate wall 9. These recesses and slots may be provided on each of the walls of the diffuser 4 at any location and in any suitable distribution. This also applies to the gap 47 of the diffuser 4 according to FIG. 15.
  • the diffuser 4 is the same design as the embodiment according to FIG. 2, so that reference is made to the description of the diffuser there.

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Abstract

Der Diffusor hat eine Wand (8), die einen Einlass mit rundem Querschnitt umschließt, der über die Höhe der Wand (8) des Diffusors in einen eckigen Querschnitt am Auslass des Diffusors übergeht. Die Übergänge (15) zwischen den Seiten (34 bis 37) der Wand (8) weisen in Höhenrichtung eine Verwindung auf, die dem Drall der Strömung der Luft durch den Diffusor folgt. Der Ventilator hat einen solchen Diffusor. Das Gerät hat ein Gehäuse, an dem wenigstens zwei Ventilatoren mit jeweils einem Diffusor angeordnet sind.

Description

Diffusor, Ventilator mit einem solchen Diffusor sowie Gerät mit solchen Ventilatoren
Die Erfindung betrifft einen Diffusor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 10 bzw. 11 bzw. 12 bzw. 14 bzw. 15, einen Ventilator nach dem Oberbegriff des Anspruches 21 bzw. 23 bzw. 24 sowie nach den Ansprüchen 25 bis 30 sowie ein Gerät mit solchen Ventilatoren nach Anspruch 31 bzw. 32.
Fig. 12 zeigt ein Standgerät nach dem Stand der Technik (DE 35 15 441 ), das mit einem Gehäuse versehen ist. Auf seiner Oberseite befinden sich Ventilatoren, die auf Wärmetauschern montiert sind. Die Ventilatoren blasen die Luft frei aus, so dass die gesamte dynamische Energie am Ventilatoraustritt verloren ist.
Um die beachtlichen Strömungsverluste am Austritt von Rohrleitungen, Ventilatoren und dergleichen zu verringern, werden Austrittsdiffusoren eingesetzt (DE 20 201 1 004 708 U1 , FR 27 28 028). Auf Geräten, wie beispielsweise Tischkühlern, besteht jedoch nur ein begrenztes Platzangebot in radialer Richtung. Da die Austrittsdiffusoren kreisförmigen Querschnitt haben, können die Ventilatoren mit den Austrittsdiffusoren nicht dicht aneinander gereiht werden. Dies ist aber häufig bei solchen Geräten erforderlich, wobei die Ventilatoren auch mehrreihig dicht nebeneinander angeordnet werden müssen. Auf einem Gerät mit mehreren Ventilatoren geht somit erheblich Platz verloren. Zwischen den Diffusoren bilden sich dann auch lokale Totwassergebiete, die zu steigenden Verlusten führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Diffusor sowie den gattungsgemäßen Ventilator so auszubilden, dass der Platz auf den Geräten optimal ausgenutzt werden kann, ohne dass hierfür eine konstruktiv aufwändige Ausbildung notwendig ist.
Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Diffusor erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 bzw. 10 bzw. 1 1 bzw. 12 bzw. 14 bzw. 15, beim gattungsgemäßen Ventilator erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 21 bzw. 23 bzw 24 sowie erfindungsgemäß mit den Ansprüchen 25 bis 30 und beim Gerät mit den Merkmalen des Anspruches 31 bzw. 32 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Diffusor nach Anspruch 1 weisen die Übergänge zwischen den Seiten der Wand in Höhenrichtung eine Verwindung auf, die dem Drall der Strömung der Luft durch den Diffusor folgt. Die Übergänge verlaufen somit in Höhenrichtung der Diffusorwand nicht längs einer Geraden, sondern entsprechend gekrümmt. Die Übergangsbereiche sind so gestaltet, dass sie der Strömungsrichtung der Luft im Diffusor bzw. dem Drall der Strömung hinter dem Laufrad des Ventilators folgen. Dadurch ergeben sich nur minimale Verluste im Bereich dieser Übergänge. Die Diffusorwand selbst weist zumindest am Auslass einen eckigen Umriss auf, wobei unter eckigem Umriss auch zu verstehen ist, dass der Übergang zwischen den Seiten der Diffusorwand gerundet verlaufen kann. Die eckige Gestaltung macht es möglich, mehrere Diffusoren mit nur geringem Abstand nebeneinander zu setzen, so dass bei Geräten, bei denen nur ein begrenztes Platzangebot vorhanden ist und mehrere Diffusoren benötigt werden, diese unmittelbar nebeneinander ein- oder mehrreihig hintereinander angeordnet werden können. Da der Diffusor den runden Querschnitt am Einlass aufweist, kann der erfindungsgemäße Diffusor an herkömmliche Ventilatoren angeschlossen werden, deren Anschlussbereich in der Regel rund bzw. kreisförmig gestaltet ist. Der erfindungsgemäße Diffusor kann darum auch an bestehende Ventilatoren angebaut werden.
Der Auslass der Diffusorwand hat vorteilhaft viereckigen Umriss, so dass benachbarte Diffusoren mit ihren jeweiligen Umrissseiten entweder aneinander stoßend oder mit nur geringstem Abstand neben- und hintereinander positioniert werden können. Dadurch wird die Fläche optimal zur Verzögerung der Strömungsgeschwindigkeit genutzt.
Je nach Gestaltung der Fläche des jeweiligen Gerätes können die Diffusor- wände zumindest am Auslass dreieckigen, viereckigen, sechseckigen oder anderen mehreckigen Umriss haben. Vorteilhaft ist hierbei der viereckige Umriss, wenn die Montagefläche entsprechenden viereckigen Umriss aufweist.
Eine optimale Ausbildung ergibt sich, wenn die Diffusorwand über den größten Teil ihrer Höhe eckigen Umriss hat. Neben- und/oder hintereinander liegende Diffusoren können dann mit geringstem Abstand oder auch aneinanderstoßend angeordnet werden. Dadurch ist eine nahezu vollständige Nutzung der entsprechenden Gerätefläche möglich.
Die Seiten der eckigen Diffusorwand gehen vorteilhaft stetig gekrümmt ineinander über, wodurch sich optimale Strömungsverhältnisse ergeben.
Der Querschnitt des Diffusors nimmt bei einer bevorzugten Ausbildung in Strömungsrichtung zu, was vorteilhaft für den Abbau der Strömungsgeschwindigkeit ist. Vorteilhaft ist es, wenn der Querschnitt des Diffusors vom Eintrittsende aus zunächst abnimmt und dann zunimmt. Die Strömung kann dadurch mit nur geringen Verlusten im zunehmenden Querschnittsbereich verzögert werden, wodurch sich ein hoher Diffusorwirkungsgrad ergibt.
Vorteilhaft ist der Diffusor mit wenigstens einer weiteren Wand versehen, die von der Diffusorwand mit Abstand umgeben ist. Durch diese weitere Wand ergeben sich optimale Strömungsverhältnisse.
Die Wände des Diffusors können in diesem Falle gleiche Höhe haben, aber auch wahlweise unterschiedlich hoch sein. Es ist daher sehr einfach möglich, durch entsprechende Gestaltung der Diffusorwände die gewünschten Strömungsverhältnisse zu erreichen. Die weitere Wand des Diffusors ist vorteilhaft ähnlich ausgebildet wie die äußere Diffusorwand. Dementsprechend hat die weitere Wand in vorteilhafter Weise zumindest am Auslass eckigen Querschnitt.
Die Seiten der weiteren Diffusorwand gehen vorteilhaft stetig gekrümmt ineinander über.
Der Diffusor nach Anspruch 10 zeichnet sich dadurch aus, dass die weitere Diffusorwand am Einlass einen runden, vorzugsweise kreisförmigen Umriss hat, der über die Höhe der weiteren Diffusorwand stetig in den eckigen Querschnitt übergeht. Somit werden auch bei Verwendung wenigstens einer weiteren Diffusorwand die Strömungsverhältnisse deutlich besser.
Der erfindungsgemäße Diffusor nach Anspruch 1 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge zwischen den Seiten der weiteren eckigen Diffusorwand in Höhenrichtung einen Drall bzw. eine Verwindung aufweisen.
Beim Diffusor nach Anspruch 12 ergeben sich optimale Verhältnisse. Über die Wahl des Winkels zwischen den beiden Radialen sowie dem Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Ventilators sowie der axialen Länge des Diffusors können die Strömungsverhältnisse optimal an den jeweiligen Einsatzfall angepasst werden. Die Beziehung zwischen diesem Winkel und dem Abmessungsverhältnis gilt nicht nur für die Diffusoraußenwand, sondern auch für eventuell vorgesehene weitere Diffusorwände. Dabei kann der Wert bei allen Wänden gleich, aber auch von Wand zu Wand unterschiedlich sein.
Eine vorteilhafte Ausbildung ergibt sich, wenn die Verwindung in einem Bereich zwischen etwa 50° und etwa 100° liegt
Der Diffusor nach Anspruch 14 zeichnet sich dadurch aus, dass das Verhältnis von Einlassquerschnitt zu Auslassquerschnitt des Diffusors in einem Bereich < etwa 5, vorteilhaft zwischen etwa 1 ,2 und etwa 3, liegt. Durch die Wahl des Eintritts- und des Austrittsquerschnittes im Verhältnis zueinander kann der Wirkungsgrad des Diffusors hervorragend auf den Einsatzfall eingestellt werden.
Der Diffusor nach Anspruch 15 hat die beiden Wände, deren Auslassenden zur Vergrößerung der Ausströmfläche des Diffusors in unterschiedlicher Höhe liegen. Durch Wahl der entsprechenden Höhe der Wände kann die Größe der Ausströmfläche auf den Anwendungsfall abgestimmt werden.
So können die Auslassenden der Wände bei einer vorteilhaften Ausführungsform in einer gekrümmten Fläche liegen, die beispielsweise eine Kugel- oder Zylinderfläche sein kann. Dadurch kann auf kleinem Bauraum eine sehr große Ausströmfläche geschaffen werden, wobei das Verhältnis zwischen der Größe der Ausströmfläche und der Größe der Einströmfläche groß gewählt werden kann. Je größer dieses Flächenverhältnis ist, desto größer ist die Umwandlung der dynamischen Energie der Luftströmung am Diffusoreintritt in Druckenergie. Die große Ausströmfläche führt zu einer Verringerung der aus dem Durchläse strömenden Luft und damit zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades.
Die Auslassenden der Wände können bei einer anderen Ausführungsform auch in den Flächen eines gedachten Quadrates oder einer Pyramide liegen. Auch dadurch ergibt sich eine sehr große Austrittsfläche bei einem vorgegebenen Bauraum.
Die Eintrittsenden der Wände können in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Es ist aber auch bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform möglich, dass die Eintrittsenden der Wände in unterschiedlichen Ebenen liegen, das heißt unterschiedlichen Abstand vom Eintrittsquerschnitt des Diffusors haben. Eine solche Gestaltung des Diffusors führt zu einer besonders verlustarmen Ausbildung.
Wenn in zumindest einer Wand des Diffusors wenigstens eine Öffnung vorgesehen ist, durch welche benachbarte Durchlässe des Diffusors miteinan- der strömungsverbunden sind, kann eine Strömungsablösung im entsprechenden Durchläse verhindert oder zumindest hinausgezögert werden.
Die Öffnung kann in diesem Falle ein zumindest über einen Teil des Umfan- ges der entsprechenden Diffusorwand sich erstreckender Spalt sein. Es ist aber auch möglich, als Durchlässe Aussparungen, Ausstanzungen oder Querschlitze einzusetzen, wobei diese unterschiedlichen Ausgestaltungen der Öffnungen auch in Kombination miteinander an der Innenwand des Diffusors eingesetzt werden können. Hat der Diffusor außer der Außenwand mehr als eine weitere Wand, dann können diese Öffnungen in zumindest einer dieser weiteren Wände, aber auch in zwei oder mehr der weiteren Wände vorgesehen sein. Auch in der äußeren Wand des Diffusors können solche Öffnungen vorgesehen sein.
Der erfindungsgemäße Ventilator nach Anspruch 21 zeichnet sich dadurch aus, dass die Übergänge am Austrittsende zwischen den Seiten der Wand eine Krümmung haben, die in einem Bereich von etwa <0,5 x D liegt. Auf diese Weise können die Übergänge am Austrittsende so gestaltet werden, dass sich optimale Strömungsverhältnisse ergeben.
Die Krümmung liegt vorteilhaft in einem Bereich von etwa <0,25 x D.
Bei einer Ausbildung des Ventilators nach Anspruch 23 ist die Austrittsfläche der Wand mit dem abgerundeten Übergang kleiner als die Austrittsfläche ohne abgerundeten Übergang am Austrittsende. Dabei liegt die Flächenabweichung im Bereich zwischen etwa 1 und etwa 1 ,27, vorzugsweise zwischen etwa 1 und etwa 1 ,05.
Beim Ventilator nach Anspruch 24 liegt das Verhältnis von axialer Länge des Diffusors zum Durchmesser des Ventilators in einem Bereich von etwa <5, vorzugsweise zwischen etwa 0,2 und etwa 2. Dadurch lässt sich der Wirkungsgrad des Diffusors auf die vorgegebenen Einbauverhältnisse genau einstellen. Beim Ventilator nach Anspruch 25 ist der Diffusor so ausgestaltet, dass die Übergänge zwischen den Seiten der Diffusorwand in Höhenrichtung eine Verwindung aufweisen, die dem Drall der Strömung der Luft durch den Diffusor folgt.
Der Ventilator nach Anspruch 26 zeichnet sich dadurch aus, dass der Diffusor die weitere Wand aufweist, die am Einlass den runden, vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt hat, der über die Höhe der weiteren Wand stetig in einen eckigen Querschnitt übergeht.
Der Ventilator nach Anspruch 27 hat den Diffusor, der so ausgebildet ist, dass die Übergänge zwischen den Seiten der weiteren Wand in Höhenrichtung einen Drall bzw. eine Verbindung aufweisen.
Der Ventilator nach Anspruch 28 zeichnet sich dadurch aus, dass der Diffusor eine Wand aufweist, die über die Höhe der Wand von einem runden Einlassquerschnitt in einen eckigen Auslassquerschnitt übergeht, wobei die Übergänge zwischen den Seiten der Wand in Höhenrichtung eine Verwindung aufweisen, die unter Berücksichtigung des Winkels zwischen den beiden Radialen sowie des Durchmessers des Ventilators und der axialen Länge des Diffusors ausgestaltet ist.
Beim Ventilator nach Anspruch 29 ist der Diffusor so gestaltet, dass das Verhältnis von Einlassquerschnitt zu Auslassquerschnitt in einem Bereich < etwa 5, vorzugsweise zwischen etwa 1 ,2 und etwa 3, liegt.
Der Ventilator nach Anspruch 30 hat den Diffusor, dessen wenigstens zwei Wände so ausgebildet sind, dass deren Auslassende zur Vergrößerung der Ausströmfläche in unterschiedlicher Höhe liegt.
Das erfindungsgemäße Gerät gemäß Anspruch 31 ist so ausgebildet, dass die Oberseite der Gehäuseseitenwand optimal für die Anordnung der Diffu- soren verwendet werden kann. Auf der Gehäuseoberseite sind wenigstens zwei Ventilatoren mit Diffusoren angeordnet. Dabei können diese Ventilato- ren mit Diffusoren an jeder geeigneten Seite des Gerätegehäuses angeordnet werden.
Vorteilhaft haben die Diffusoren einen eckigen Auslassquerschnitt. Die eckige Gestaltung macht es möglich, die mehreren Diffusoren mit nur geringem Abstand nebeneinander zu setzen, so dass bei Geräten, bei denen nur ein begrenztes Platzangebot vorhanden ist und mehrere Diffusoren eingesetzt werden, diese unmittelbar nebeneinander ein- oder mehrreihig hintereinander angeordnet werden können. Haben die Auslassquerschnitte viereckigen Auslassquerschnitt, können benachbarte Diffusoren mit ihren jeweiligen Umrissseiten entweder aneinanderstoßend oder mit nur geringstem Abstand neben- und hintereinander angeordnet werden. Dadurch wird die Gehäuseseite optimal zur Verzögerung der Strömungsgeschwindigkeit genutzt.
Die Umrissform der Diffusoren am Auslassende richtet sich bevorzugt nach der Umrissform der Gehäuseseite, an der die Diffusoren vorgesehen sind. Dadurch kann die Fläche der Gehäuseseite optimal mit entsprechenden Diffusoren belegt werden, wobei die Gehäuseseite entsprechend optimal genutzt werden kann.
Der Anmeldungsgegenstand ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch durch alle in den Zeichnungen und der Beschreibung offenbarten Angaben und Merkmale. Sie werden, auch wenn sie nicht Gegenstand der Ansprüche sind, als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 in perspektivischer Darstellung auf einem Gehäuse angeordnete erfindungsgemäße Austrittsdiffusoren von Ventilatoreinheiten,
Fig. 2 in perspektivischer und vergrößerter Darstellung den erfindungsgemäßen Austrittsdiffusor,
Fig. 3 eine Rückansicht des Austrittsdiffusors gemäß Fig. 2,
Fig. 4 eine Rückansicht auf eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Austrittsdiffusors,
Fig. 5 eine Draufsicht auf den Austrittsdiffusor gemäß Fig. 4,
Fig. 6 den Austrittsdiffusor gemäß Fig. 5 in perspektivischer Darstellung,
Fig. 7 eine Rückansicht eines Austrittsdiffusors mit einem Drall in den
Wänden,
Fig. 8 die Abrundungen an den Übergängen zwischen den Seiten der
Wände des Austrittsdiffusors und das Flächenverhältnis zwischen einem viereckigen und einem an den Enden abgerundeten viereckigen Auslassquerschnitt,
Fig. 9
und
Fig. 10 jeweils im Axialschnitt zwei mögliche Befestigungen von erfindungsgemäßen Austrittsdiffusoren an Ventilatoren,
Fig. 1 1 in vereinfachter Darstellung eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Austrittsdiffusors,
Fig. 12 ein Gerät mit Ventilatoren nach dem Stand der Technik, Fig. 13 im Axialschnitt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Austrittsdiffusors,
Fig. 14 im Axialschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Austrittsdiffusors,
Fig. 15 im Axialschnitt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Austrittsdiffusors,
Fig. 16 in perspektivischer Darstellung eine weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Austrittsdiffusors.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Gehäuse 1 eines Gerätes 2, das beispielhaft ein Wärmetauscher ist. Das Gerät 2 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Standgerät, kann aber auch ein an einer Wand, einer Decke und dergleichen montiertes Gerät sein. Das Gerät 2 weist mehrere Ventilatoren 3 auf, die beispielhaft in zwei Reihen mit geringem Abstand hintereinander angeordnet sind. Die Ventilatoren 3 können drückend oder saugend am Gerät vorgesehen oder auch in das Gerät 2 integriert sein.
Die Ventilatoren 3 haben jeweils einen Austrittsdiffusor 4 (im Folgenden als Diffusor bezeichnet), durch den Austrittsverluste minimiert werden, indem die Geschwindigkeit der austretenden Luft in Druck umgewandelt wird.
Die Diffusoren 4 sind an der rechteckigen Oberseite 5 des Gehäuses 1 vorgesehen. Um diese rechteckige Oberseite 5 optimal auszunutzen, haben die Diffusoren 4 viereckigen Umriss. Daraus ergibt sich eine besonders hohe Wirkungsgradsteigerung. Die Viereckform führt zu einer großen Austrittsfläche für die austretende Luft. Auch tritt dadurch keine Strömungsablösung auf. Die Diffusoren 4 sind beispielhaft so angeordnet, dass sie mit ihren benachbarten Rändern einander berühren, wie dies besonders in Fig. 1 dargestellt ist.
Anhand von Fig. 2 wird ein Diffusor 4 näher erläutert. Er hat eine ringförmige Schnittstelle 6, mit der der Diffusor 4 an den Ventilator angeschlossen werden kann. An den äußeren Rand 7 der Schnittstelle 6 schließt eine Wand 8 an, die zunächst kreisförmigen Querschnitt hat und mit Abstand vom äußeren Rand 7 stetig in eine viereckige Umrissform übergeht. Die Wand 8 weist über einen Teil ihrer Höhe den viereckigen Umriss auf.
Wie die Zeichnungen zeigen, sind die Ecken der Wände 8 bis 10 abgerundet. Dennoch wird im Folgenden von einer viereckigen Umrissform gesprochen. Es ist aber eine Ausführung möglich, bei der die Ecken am Austrittsende des Diffusors wirklich scharfkantig sind.
Grundsätzlich reicht für den Diffusor 4 die einzige Wand 8 als Diffusorwand aus. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind zwei Zwischenwände 9 und 10 vorgesehen, die über ihre Höhe Abstand voneinander haben, so dass zwischen den beiden Zwischenwänden 9 und 10 ein Durchlass 11 gebildet wird. Auch zwischen der Zwischenwand 9 und der äußeren Wand 8 besteht über die gesamte Wandhöhe ein Abstand, so dass zwischen den beiden Wänden 8 und 9 ein weiterer Durchlass 12 für die Luft gebildet wird. Die Durchlässe 11 , 12 haben Viereckform. Auch die Zwischenwände 9, 10 weisen den Übergang von einer kreisförmigen Schnittstelle 13, 14 in die Viereckform auf wie der Mantel 8, wobei die Viereckform in gleicher Weise zu verstehen ist wie bei der Wand 8. Die Schnittstellen 13, 14 haben kleineren Durchmesser als die Schnittstelle 6, wobei die Schnittstelle 14 der inneren Zwischenwand 10 kleineren Durchmesser als die Schnittstelle 13 der mittleren Zwischenwand 9 aufweist. Die Schnittstelle 14 hat vorteilhaft etwa den gleichen Durchmesser wie die Nabe 21 (Fig. 9) des Laufrades 20. Die Wände 8 bis 10 sind so gestaltet, dass der Umriss der Wände in Richtung auf ihr freies Ende zunimmt, vorzugsweise stetig zunimmt. Die Wände 8 bis 10 haben dadurch am freien Ende den größten Umriss.
Der Verlauf der Wände 8 bis 10 kann so ausgebildet sein, dass sie von der Schnittstelle 6, 13, 14 aus zumindest etwa parallel zueinander verlaufen. Die Wände 8 bis 10 können aber je nach Strömungsverhältnissen auch so gestaltet sein, dass sie sich nicht parallel zueinander erstrecken.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind zwei Zwischenwände 9, 10 vorgesehen. Der Diffusor 4 kann aber auch nur eine Zwischenwand oder mehr als zwei Zwischenwände aufweisen.
Die Wände 8 bis 10 haben bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 gleiche Höhe, so dass ihre freien Enden in einer gemeinsamen Ebene liegen. Die Wände 8 bis 10 können aber auch unterschiedlich hoch sein. Beispielhaft nimmt die Höhe der Wände 8 bis 10 von außen nach innen ab. Es können aber auch zwei der Wände 8 bis 10 gleich hoch und die dritte Wand höher oder kürzer sein als die beiden anderen Wände. Die Höhe der Wände kann somit optimal an die jeweiligen Strömungsverhältnisse so angepasst werden, dass die Austrittsverluste minimiert werden.
Die Zwischenwände 9, 10 sind miteinander sowie mit der äußeren Wand 8 in geeigneter Weise fest verbunden, beispielsweise durch Querstreben, mit denen die Wände untereinander verbunden sind.
Die vier Seiten 34 bis 37 (Fig. 7) der Wände 8 bis 10 gehen stetig ineinander über. Der Übergang kann, wie aus Fig. 4 beispielhaft hervorgeht, so erfolgen, dass die Übergangsbereiche 15, 16 zwischen den Seiten 34 bis 37 der Wand 8 über deren Höhe gekrümmt verlaufen. Dieser Verlauf über die Höhe der Wand 8 ist durch die Linien 15 in Fig. 4 gekennzeichnet. Der Übergangsbereich 5, 16 erstreckt sich nahezu über die gesamte Höhe der Wand 8. Die Krümmung ist so vorgesehen, dass die Übergänge 15, 16 einen Drall aufweisen und der Strömungsrichtung der Luft hinter dem (nicht dargestellten) Laufrad des Ventilators 3 folgen. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, ist die Krümmung so vorgesehen, dass die Übergangsbereiche 15, 16 über ihre Länge einen Winkel mit einer Radialen des Diffusors einschließen, die durch die abgerundete Ecke 16 der Wand 8 verläuft. Aufgrund des beschriebenen Verlaufs treten allenfalls nur sehr geringe Strömungsverluste durch die Übergänge 15, 16 auf. Aufgrund der Krümmung folgen die Übergänge 15, 16 dem Drall der Luftströmung innerhalb des Diffusors 4. Die Ü- bergänge 15, 16 erstrecken sich etwa vom Austrittsende der Wand 8 aus bis nahe an den kreisförmigen äußeren Rand 7 der Schnittstelle 6.
In gleicher Weise sind auch die Zwischenwände 9 und 10 mit derartigen Übergängen 17, 18 versehen, die ebenfalls entsprechend dem Strömungsverlauf der Luft hinter dem Laufrad drallförmig gekrümmt ausgebildet sind und sich von den Übergangsbereichen zwischen den Seiten der Zwischenwände 9, 10 aus bis nahe an die jeweilige Schnittstelle 13, 14 erstrecken.
Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 4 bis 7 sind alle Wände 8 bis 10 mit den gekrümmten Übergängen versehen. Es ist aber auch möglich, diese gewundenen Übergänge nur an einem oder nur an zwei der Wände 8 bis 10 des Diffusors 4 vorzusehen. Somit kann in Verbindung mit der Umrissgestaltung der Wände 8 bis 10 eine optimale Anpassung an die jeweils gewünschten Strömungsverhältnisse erreicht werden.
Die etwa über die Höhe der Wände 8 bis 10 sich erstreckenden Übergänge 15, 16; 17, 18 können sich auch, in Achsrichtung des Diffusors 4 gesehen, gerade erstrecken, wobei wiederum diese Übergangsbereiche einen Winkel mit der Radialen des Diffusors einschließen.
In den beschriebenen Ausführungsbeispielen haben die Wände 8 bis 10 quadratischen Umriss. Sie können aber auch rechteckigen, sechseckigen oder beispielsweise auch dreieckigen Umriss haben. Die Umrissform richtet sich insbesondere nach der Form der entsprechenden Seite des Gehäuses 1 , an dem die Diffusoren 4 vorgesehen werden. Die Umrissform des Strö- mungsaustrittes kann somit so gewählt werden, dass die zur Verfügung stehende Gehäuseseite optimal ausgenutzt wird.
Die beschriebene Verwindung (Drall) zwischen den Seiten der Wände 8 bis 10 ist bei den Diffusoren 4 zwar eine vorteilhafte Ausgestaltung, jedoch ist sie nicht zwingend erforderlich. Insbesondere im Zusammenhang mit den noch zu beschreibenden Abmessungen bzw. Abmessungsverhältnissen zeichnen sich die Diffusoren 4 auch ohne Verwindung (Drall) an den Übergängen zwischen den Seiten der Wände durch für den Einsatz hervorragende Eigenschaften aus.
Fig. 9 zeigt die Anbindung des Diffusors 4 an eine Düse 19 des Ventilators 3. Die Düse 19 hat kreisförmigen Umriss. Der Ventilator 3 hat das Laufrad 20 mit der Nabe 21 , von der in gleichmäßigen Abständen die Flügel 22 abstehen. Sie sind vorteilhaft am radial äußeren Rand mit jeweils einem
Winglet 23 versehen. Die in Drehrichtung hintere Kante 24 der Flügel 22 ist zahnartig profiliert.
Die Flügel 22 des Laufrades 20 können selbstverständlich auch jede andere geeignete Gestaltung haben.
Der Diffusor 4 ist mit der Düse 19 des Ventilators 3 radial verbunden, vorzugsweise verschraubt, was durch die strichpunktierte Linie 25 kenntlich gemacht ist.
Die Düse 19 ist an einer Düsenplatte 32 vorgesehen, die etwa gleichen Querschnitt wie das freie Ende der Wand 8 hat. Die Düse 19 und die
Düsenplatte 32 sind vorteilhaft einstückig miteinander ausgebildet, können aber auch voneinander getrennte Bauteile sein, die in geeigneter Weise fest miteinander verbunden werden. Die Düsenplatte 32 hat vorteilhaft den gleichen eckigen Umriss wie das Auslassende der Wand 8. Dadurch können die Ventilatoren 3 eng hinter- und/oder nebeneinander angeordnet werden. Die Düsenplatten 32 und die Wände 8 der Diffusoren 4 benachbarter Ventilatoren 3 können hierbei aneinander stoßen, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Der Diffusor 4 hat die Außenwand 8 und die Zwischenwände 9, 10. Im Axialschnitt verlaufen, wie sich aus Fig. 9 ergibt, die Seiten der äußeren Wand 8 etwa konkav. Die Seiten der Zwischenwand 9 verlaufen im Axialschnitt etwa gerade, während die Seiten der Zwischenwand 10 einen etwa konvexen Verlauf haben. Eine solche Gestaltung der Wände 8 bis 10 kann bei sämtlichen beschriebenen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein.
In Strömungsrichtung hinter dem Laufrad 20 können im Diffusor 4 Leitschaufeln 26 vorgesehen sein, die sich zwischen den Wänden 8 bis 10 erstrecken und starr angeordnet sind. Die Leitschaufeln 26 befinden sich auf der von den Flügeln 22 abgewandten Seite der Radialbefestigung 25 oder, bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10, der Axialbefestigung. Der Diffusor 4 wird mit seiner Schnittstelle 6 auf oder in die Düse 19 geschoben und durch die Radialbefestigung 25, die vorteilhaft eine Verschraubung ist, fest mit der Düse verbunden.
Die Wände 8 bis 10 des Diffusors 4 können bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen geräuschdämpfend ausgeführt sein, so dass im Einsatz der Ventilatoren nur ein leises Betriebsgeräusch entsteht. Die Wände 8 bis 10 können bei den beschriebenen Ausführungsformen auch verstellbar ausgebildet sein, so dass sie in ihrer Umrissform zumindest über einen Teil ihrer Höhe an die Strömungsverhältnisse und/oder Einbauverhältnisse angepasst werden können. Die Wände 8 bis 10 können beispielsweise für die Verstellbarkeit flexibel über zumindest einen Teil ihrer Höhe ausgebildet sein.
Fig. 10 zeigt die Möglichkeit, den Diffusor 4 auch axial an der Düse 19 des Ventilators 3 zu befestigen. Hierzu kann die Schnittstelle 6 der äußeren Wand 8 mit einem radial nach außen verlaufenden Ringflansch 27 versehen sein, der an einem radial nach außen verlaufenden Ringflansch 28 am freien Ende der Düse 19 axial befestigt wird. Vorteilhaft ist auch diese Axialbefestigung eine Verschraubung, die es ermöglicht, den Diffusor 4 bei Bedarf von der Düse 19 abzunehmen. Der Diffusor 4 kann aufgrund der Zwischenwände verhältnismäßig kurz gebaut werden. Die vom Laufrad 20 geförderte Luft gelangt zwischen die Wände 8 und 9 bzw. 9 und 10. Der Durchströmquerschnitt der Durchlässe 1 1 und 12 nimmt in Strömungsrichtung zunächst ab, bis er in dem durch eine gestrichelte Linie angegebenen Bereich 29 seinen kleinsten Querschnitt hat. Die Luft wird innerhalb dieses Bereiches 29 beschleunigt, was zu einer Vergleichmäßigung der Luftströmung führt. Die Luftströmung kann danach mit geringeren Verlusten verzögert werden, wodurch sich ein hoher Wirkungsgrad des Diffusors 4 ergibt. Vom Bereich 29 aus nimmt der Strömungsquerschnitt der Durchlässe 11 , 12 in Richtung auf das Austrittsende zu, vorzugsweise stetig. Die Querschnittsverengung 29 verhindert außerdem einen frühzeitigen Strömungsabriss (Zusammenbruch der Strömung) im Durchlass 11 und 12.
Fig. 1 1 zeigt eine beispielhafte und vorteilhafte Verwendung des Diffusors 4. Die innere Zwischenwand 10 umgibt einen Klemmkasten 30 oder einen Platz für die Elektronik, wenn für den Ventilator 3 ein Außenläufermotor eingesetzt wird. Bei einem Innenläufermotor wäre das Teil 30 der Motor des Ventilators. Der vom Ventilator 3 erzeugte Luftstrom strömt durch die Durchlässe 1 1 , 12. Durch den durch den Durchlass 11 strömenden Luftstrom wird die Oberfläche des Motors 30 gut gekühlt, wodurch eine effektive Kühlung der Elektronik bzw. elektrischen Bauteile des Motors erreicht wird.
Die äußere Wand 8 des Diffusors 4 ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 1 einteilig mit der Düse 19 ausgebildet. Der Austrittsbereich der beiden Durchlässe 11 , 12 ist durch einen Berührschutz 31 abgedeckt, der durch ein entsprechendes Gitter oder durch einzelne Gitterstäbe gebildet sein kann. Der Berührschutz 31 hat großen Abstand vom drehenden Laufrad 20. Der Berührschutz 31 kann dadurch so ausgebildet werden, dass nur geringe Druckverluste beim Austritt der Luft aus dem Diffusor 4 auftreten und nur eine geringe Geräuschentwicklung auftritt. Diese Wirkung kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass der Berührschutz 31 eine entsprechend große Maschenweite aufweist. Der beschriebene Berührschutz 31 kann bei allen beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen vorgesehen sein.
Der Diffusor 4 der beschriebenen Ausführungsbeispiele kann für Verdampfer, Verflüssiger, Luftkühler, Rückkühler und dergleichen eingesetzt werden. Wie anhand der Fig. 9 bis 11 beschrieben, kann der Diffusor 4 mit einer tragenden Funktion zur Aufnahme des Ventilatormotors 30 versehen sein.
Die Ventilatoren 3 können Axial- oder auch Diagonalventilatoren sein. Der Diffusor 4 kann, wenn er keinen einen Drall aufweisenden Übergangsbereich 15, 16; 17, 18 in den Wänden 8 bis 10 hat, auch für Radialventilatoren eingesetzt werden.
Der Radius R am Austrittsende der Wand 8 (Fig. 7) liegt vorteilhaft in einem Bereich von <0,5 x D, wobei D der Durchmesser des Laufrades 20 (Fig. 9) ist. Bei einer vorteilhaften Gestaltung liegt der Radius R der abgerundeten Ecken der Wand 8 in einem Bereich < etwa 0,25 x D. Diese Gestaltung ist sowohl für Diffusoren 4 mit als auch ohne Verwindung (Drall) gültig.
Wie aus Fig. 8 hervorgeht, ist die Austrittsfläche der Wand 8 infolge der Abrundung der Ecken kleiner als bei einer viereckigen Umrissform am Austrittsende. Die Flächenabweichung A/AR von der maximal zur Verfügung stehenden eckigen Fläche A liegt im Bereich zwischen etwa 1 und 1 ,27, vorzugsweise in einem Bereich zwischen etwa 1 und etwa 1 ,05. Durch die entsprechende Wahl des Radius R der abgerundeten Ecke kann somit ein optimaler Austrittsquerschnitt der Wand 8 des Diffusors 4 vorgesehen werden, so dass der Diffusor auf die vorgegebenen Einbauverhältnisse abgestimmt werden kann. Das beschriebene Verhältnis kann prinzipiell auch bei den Wänden 9 und 10 angewendet werden. Die Abrundung muss nicht Teil eines Kreisbogens (Radius R) sein, sondern kann auch andere Formen haben. Das beschriebene Flächenverhältnis gilt für Diffusoren mit und ohne Verwindung (Drall). Auch kann der Wirkungsgrad des Diffusors durch das Verhältnis von Länge L zu Durchmesser D des Ventilators 3 auf die vorgegebenen Einbauverhältnisse optimal eingestellt werden. Dieses Längen-Durchmesser-Verhältnis L/D liegt in einem Bereich von < 5, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 0,2 bis etwa 2. Dieses Verhältnis gilt für alle beschriebenen Ausführungsbeispiele, insbesondere auch für Diffusoren auch ohne Verwindung (Drall).
Auch kann durch die Wahl des Eintritts- und des Austrittsquerschnittes im Verhältnis zueinander Einfluss auf den Wirkungsgrad des Diffusors 4 genommen werden. In Fig. 9 ist der Eintrittsquerschnitt mit AE und der Austrittsquerschnitt des Diffusors 4 mit AA bezeichnet. Das Verhältnis von Austrittsfläche zu Eintrittsfläche AA/ AE liegt in einem Bereich kleiner etwa 5, vorteilhaft in einem Bereich zwischen etwa 1 ,2 und etwa 3. Das Flächenverhältnis gilt für alle Ausführungsformen, insbesondere auch für Diffusoren ohne Verwindung (Drall).
Der anhand der Fig. 4 bis 7 beschriebene Drall bzw. Verwindung 15, 16; 17, 18 wird durch die Beziehung θ x definiert, wobei der Winkel Θ zwischen den beiden Radialen n und r2 gemessen wird. Die Radiale
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verläuft durch den Schnittbereich zwischen dem Übergangsbereich 15 mit dem inneren freien Rand 7 der Wand 8. Die Radiale r2 verläuft demgegenüber bis zum in der Austrittsfläche liegenden Eckbereich der Wand 8, von dem aus sich der Übergangsbereich 15 erstreckt. Diese Verwindung bzw. dieser Drall θ x liegt in einem Bereich zwischen 0° und 360°, vorteilhaft jedoch in einem Bereich zwischen etwa 50° und 100°.
Diese Beziehung gilt für alle Wände 8 bis 10. Der Wert kann bei allen Wänden gleich, aber auch von Wand zu Wand unterschiedlich sein.
Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 13 bis 16 sind so ausgebildet, dass durch eine größere Austrittsfläche der Diffusoren die Austrittsgeschwindigkeit weiter verringert und dadurch der Wirkungsgrad erheblich gesteigert werden kann. Fig. 13 zeigt einen Diffusor 4, der ähnlich dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 axial an der Düse 19 des Ventilators befestigt ist. Der Diffusor 4 hat außer der äußeren Wand 8 die Zwischenwände 9, 10 und 38. Sie sind jeweils umlaufend ausgebildet und begrenzen Durchlässe 1 1 , 12, 39, 40, durch welche die vom Ventilator angesaugte Luft strömt. Die Wände 8 bis 10, 38 sind über ihre Höhe jeweils gekrümmt ausgebildet und so angeordnet, dass der Strömungsquerschnitt der Durchlässe 1 1 , 12, 39, 40 in Strömungsrichtung zunimmt. Die innere Zwischenwand 38 umgibt mit Abstand einen zentralen Leitkörper 41 , der die Außenkontur der Nabe 21 des Laufrades 20 des Ventilators 3 fortführt und sich von der Nabe 21 aus in Strömungsrichtung der Luft stetig so weit verjüngt, bis er in einer Spitze ausläuft. Der Leitkörper 41 ist etwa kegelförmig mit einer gekrümmten Kegelmantellinie ausgebildet.
Anstelle des Leitkörpers kann der Diffusor 4 auch eine umlaufende Wand 41 entsprechend den vorigen Ausführungsformen aufweisen.
Die Wände 8 bis 10, 38, 41 des Diffusors 4 sind so ausgebildet, dass ihre Auslassenden auf unterschiedlicher Höhe liegen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegen die Auslassenden der Wände, im Axialschnitt gesehen, auf einem Kreisbogen 42. Der Mittelpunkt des Kreisbogens 42 liegt auf der Achse 43 des Leitkörpers 41 im Bereich zwischen der Nabe 21 und der Leitkörperspitze. Auch die Leitkörperspitze selbst liegt auf dem Kreisbogen 42.
Das Einströmende 46 der Wände 8 bis 10, 38, 41 liegt auf gleicher Höhe, während die Auslassenden der Wände in unterschiedlichen Höhen auf dem Kreisbogen 42 angeordnet sind. Die Höhe der Wände nimmt von der Wand 8 aus bis zur Zwischenwand 38 sowie dem Mantel des Leitkörpers 41 zu. Aufgrund der unterschiedlichen Höhe der Wände 8 bis 10, 38, 41 ergibt sich eine große Diffusoraustrittsfläche AA, die im Axialschnitt durch den Kreisbogen 42 gekennzeichnet ist. Die Diffusoreintrittsfläche AE ist wesentlich kleiner als die Diffusoraustrittsfläche AA. Je größer das Verhältnis von Diffusor- ausstrittsfläche AA zu Diffusoreintrittsfläche AE ist, desto mehr dynamische Energie der Luftströmung am Diffusoreintritt wird in Druckenergie umgewandelt.
Die Umrissformen der Diffusorwände 8 bis 10, 38, 41 können eckig oder rund sein. Bei einer beispielhaften Ausbildung mit ausschließlich runden Querschnitten der Diffusorwände 8 bis 10, 38, 41 ergibt sich eine Diffusor- austrittsfläche AA, die etwa auf einer Kalottenfläche liegt, zum Beispiel auf einer Halbkugelfläche. Die Kalottenfläche ist erheblich größer als bei Diffusorwänden, deren Austrittsenden in einer ebenen Fläche liegen, deren Weite BA entspricht. Die Zuströmkanten 46 der Wände 9, 10, 38, 41 liegen bei diesem Ausführungsbeispiel in einer gemeinsamen Radialebene des Diffu- sors 4, können aber auch auf unterschiedlicher Höhe liegen.
Eine besonders vorteilhafte Ausbildung ergibt sich, wenn die Diffusorwände 8 bis 10, 38, 41 am Austrittsende unter dem Winkel γ von etwa 90° zur zugehörigen Tangente an den Kreisbogen 42 und damit zur gedachten Diffu- soraustrittsfläche AA liegen.
Grundsätzlich können die Endbereiche der Diffusorwände 8 bis 10, 38, 41 auch unter anderen Winkeln γ zum Kreisbogen 42 liegen.
Die Diffusoraustrittsfläche kann auch so gestaltet sein, dass sie im Axialschnitt die Form einer halben Ellipse hat. Die Länge der einen Halbachse, die sich quer zur Ventilatorachse erstreckt, ist durch den vorhandenen Bauraum begrenzt. Die Länge der anderen Halbachse, die parallel zur Ventilatorachse liegt, kann größer gewählt werden, wodurch die Diffusoraustrittsfläche AA entsprechend vergrößert wird.
Durch die Kombination von Diffusorwänden mit eckigem und rundem Umriss kann durch unterschiedliche axiale Höhen der Diffusorwände bei einem gegebenen Bauraum die Größe der Austrittsfläche AA maximiert werden.
Fig. 14 zeigt im Axialschnitt eine weitere Möglichkeit, die Diffusoraustrittsfläche AA im Vergleich zur Diffusoreintrittsfläche Ae zu vergrößern. Im Un- terschied zur vorigen Ausführungsform hat die Austrittsfläche AA im Axialschnitt eine U-Form. Sind die Diffusorwände im Umriss beispielsweise rechteckig ausgebildet, dann ist die Austrittsfläche AA an den rechtwinklig zueinander liegenden Außenseiten eines gedachten Quaders 44 vorgesehen. Haben die Diffusorwände hingegen einen runden, beispielsweise kreisrunden Umriss, dann liegt die Austrittsfläche AA annähernd auf dem Zylindermantel eines gedachten Zylinders 45.
In Fig. 14 ist die Austrittsfläche AA im Axialschnitt durch die gestrichelte Linie gekennzeichnet. Daraus ergibt sich, dass die vom Ventilator angesaugte Luft an unterschiedlichen Seiten des Diffusors austritt. Das Verhältnis zwischen der Diffusoraustrittsfläche AA zur Diffusoreintrittsfläche AE ist sehr groß, so dass sehr viel dynamische Energie der Luftströmung in Druckenergie umgewandelt und der Wirkungsgrad wesentlich erhöht wird.
Bei dem in Fig. 14 dargestellten rechteckigen Umriss der Austrittsfläche AA, im Axialschnitt gesehen, kann die Höhe HA der Austrittsfläche unabhängig vom Bauraum des Diffusors quer zur Ventilatorachse gewählt werden. Je nach Größe der Höhe HA lässt sich die Austrittsfläche AA mehr oder weniger vergrößern.
Im Ausführungsbeispiel hat der Diffusor eine Vielzahl von Wänden, die jeweils mit Abstand voneinander liegen und zwischen sich Luftdurchlässe bilden.
Die Wände des Diffusors 4 sind über ihre Höhe gekrümmt ausgebildet. Dabei sind die Wände so gestaltet, dass sich der Strömungsquerschnitt der Durchlässe zwischen den Wänden in Strömungsrichtung erweitert. Die Wände können runden und/oder eckigen Umriss haben. Ein Teil der Wände des Diffusors 4 mündet in die Seitenflächen und ein Teil in die Stirnfläche des Diffusors. Die Wände des Diffusors 4 sind jeweils so ausgebildet, dass die Austrittsenden in Höhe der Stirnseite bzw. der Seitenfläche(n) des gedachten Quaders 44 bzw. des gedachten Zylinders 45 liegen. Wie aus Fig. 14 weiter hervorgeht, liegen die Eintrittsenden 46 auf unterschiedlicher axialer Höhe. Dementsprechend haben die Eintrittsenden 46 der Diffusorwände unterschiedlichen Abstand vom Diffusoreintritt.
Eine solche Gestaltung des Diffusors führt zu einer besonders verlustarmen Ausführung.
Der Leitkörper 41 ist wiederum zentral angeordnet und erstreckt sich von der Nabe 21 aufwärts. Der Leitkörper 41 ist kegelförmig ausgebildet wobei die Kegelspitze in der Stirnseite des gedachten Quaders 44 bzw. des gedachten Zylinders 45 liegt. Anstelle des Leitkörpers kann der Diffusor 4 eine umlaufende Wand 41 entsprechend den Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 bis 1 1 aufweisen.
Die verschiedenen Wände des Diffusors 4 sind, wie dies anhand der vorigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, untereinander durch (nicht dargestellte) schmale Stege miteinander verbunden. Durch Variation der Höhe HA lässt sich die Austrittsfläche HA des Diffusors einfach variieren und an den Einsatzfall anpassen.
Die quader- bzw. zylinderförmige Gestaltung des Umrisses des Diffusors 4 bei der Ausführungsform nach Fig. 14 ist nur beispielhaft zu verstehen. Der Diffusor kann im Axialschnitt beispielsweise auch die Form eines gleichschenkligen Dreieckes haben, dessen Symmetrieachse die Ventilatorachse 43 ist. Die Wände des Diffusors sind dann ebenfalls unterschiedlich hoch und so angeordnet, dass die Austrittsenden dieser Wände in den Dreieckseiten liegen. Haben die Diffusorwände einen runden Umriss, dann ergibt sich bei einem gleichschenkligen Dreieck im Axialschnitt räumlich ein kegelförmiger Umriss des Diffusors. Haben die Wände eckigen, etwa viereckigen Umriss, dann ergibt sich für den Diffusor eine entsprechend eckige bzw. vierseitige Pyramide. Die Austrittsfläche AA bei solchen Ausführungsformen ist wie beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 13 und 14 wesentlich größer als die Diffusoreintrittsfläche AE. Die Austrittsenden der Wände können wie beim vorigen Ausführungsbeispiel unter etwa 90° zu den Seitenflächen sowie auch zur Stirnfläche des Diffusors 4 liegen.
Bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 13 und 14 können die Diffuso- ren in Kombination Wände mit rundem und eckigem Umriss haben.
Eine besonders vorteilhafte Ausbildung eines Diffusors zeigt Fig. 15. Der Diffusor 4 ist ähnlich ausgebildet wie die Ausführungsform gemäß Fig. 10. Der Diffusor ist an die Düse 19 des Ventilators 3 angebunden. Die Düse 19 hat kreisförmigen Umriss. Der Ventilator 3 hat das Laufrad 20 mit der Nabe 21 , von der in gleichmäßigen Abständen die Flügel 22 abstehen. Sie sind vorteilhaft am radial äußeren Rand mit jeweils einem Winglet 23 versehen. Die in Drehrichtung hintere Kante 24 der Flügel 22 ist vorteilhaft profiliert, insbesondere zahnartig profiliert. Die Flügel 22 sind vorteilhaft auch gewunden ausgebildet.
Die Flügel 22 können selbstverständlich auch jede andere geeignete Gestaltung haben.
Der Diffusor 4 kann mit der Düse 19 radial oder auch axial verbunden sein, wie dies anhand der Fig. 9 und 10 beschrieben worden ist.
Die Düse 19 ist an der Düsenplatte 32 vorgesehen, die etwa gleichen Querschnitt wie das freie Ende der Wand 8 hat. Die Düse 19 und die Düsenplatte 32 sind vorteilhaft einstückig miteinander ausgebildet, können aber auch voneinander getrennte Bauteile sein, die in geeigneter Weise fest miteinander verbunden werden. Die Düsenplatte 32 hat vorteilhaft den gleichen eckigen Umriss wie das Auslassende der Wand 8. Dadurch können die Ventilatoren mit den Diffusoren 4 eng hinter- und/oder nebeneinander angeordnet werden. Die Düsenplatten 32 und die Wände 8 der Diffusoren 4 benachbarter Ventilatoren 3 können hierbei aneinanderstoßen, wie in Fig. 1 beispielhaft dargestellt ist. Die Außenwand 8 verläuft im Axialschnitt etwa konkav. Die Seiten der Zwischenwand 9 verlaufen im Axialschnitt etwa gerade, während die Seiten der Zwischenwand 10 einen etwa konvexen Verlauf im Axialschnitt haben.
In Strömungsrichtung hinter dem Laufrad 20 können im Diffusor 4 die Leitschaufeln 26 vorgesehen sein, die sich zwischen den Wänden 8 bis 10 erstrecken und starr angeordnet sind. Die Leitschaufeln 26 befinden sich auf der von den Flügeln 22 abgewandten Seite der Befestigung 25, über die der Diffusor 8 an die Düse 19 angeschlossen ist. Der Diffusor 4 wird mit seiner Schnittstelle auf oder in die Düse 19 geschoben.
Die Wände 8 bis 10 können geräuschdämpfend ausgeführt sein, so dass im Einsatz der Ventilatoren nur ein leises Betriebsgeräusch entsteht. Die Wände 8 bis 10 können verstellbar ausgebildet sein, so dass sie in ihrer Umrissform zumindest über einen Teil ihrer Höhe an die Strömungsverhältnisse und/oder Einbauverhältnisse angepasst werden können.
Die Zwischenwand 9 besteht aus zwei einander geringfügig überlappenden Wandabschnitten 9a und 9b. Der Überlappungsbereich ist so gestaltet, dass sich ein Spalt 47 ergibt, der zu einer positiven strömungsmechanischen Wirkung führt. Ein Teil der durch den Durchläse 1 1 strömenden Luft tritt durch den Spalt 47 und gelangt dadurch in den Durchlass 12. Durch diesen Spalt 47, der sich vorteilhaft über den Umfang der Zwischenwand 9 erstreckt, wird die Grenzschichtströmung im axial außen liegenden Durchlass 12 mit Hilfe von energiereicher Strömung des weiter innen liegenden Durchlasses 1 1 beschleunigt. Dadurch wird eine Strömungsablösung im weiter außen liegenden Durchlass 12 verhindert oder zumindest hinausgezögert. Auf diese Weise wird die Energieeffizienz des Diffusors 4 erhöht.
Die Überlappung der beiden Wandabschnitte 9a, 9b kann so gestaltet sein, dass ein Teil der Luft aus dem inneren in den äußeren Durchlass oder aus dem äußeren in den inneren Durchlass strömt.
Der Ringspalt 47 kann durch Stege oder dergleichen unterbrochen sein, durch welche die beiden Wandabschnitte 9a, 9b im Überlappungsbereich miteinander verbunden werden. Der Diffusor kann auch an weiteren Stellen mit entsprechenden Spalten 47 versehen sein.
Fig. 16 zeigt einen Diffusor 4, bei dem die Zwischenwand 9 mit Aussparungen 48 oder Schlitzen 49 versehen ist, durch die eine ähnliche Wirkungsweise erreicht wird wie durch den Spalt 47 des Diffusors gemäß Fig. 15. Durch diese Aussparungen oder Schlitze wird energiereiches Fluid aus einem Durchlass in die Grenzschicht des benachbarten Durchlasses transferiert, um Grenzschichtablösungen zu vermeiden oder zumindest zu verringern.
Die Aussparungen 48 sind vorteilhaft über den Umfang der Zwischenwand 9 verteilt angeordnet.
Die Aussparungen 48 und die Schlitze 49 können auch in Kombination an der Zwischenwand 9 vorgesehen sein. Diese Aussparungen und Schlitze können an jeder der Wände des Diffusors 4 an jeder Stelle und in jeder geeigneten Verteilung vorgesehen sein. Dies gilt auch für den Spalt 47 des Diffusors 4 gemäß Fig. 15.
Im Übrigen ist der Diffusor 4 gleich ausgebildet wie die Ausführungsform gemäß der Fig. 2, so dass auf die dortige Beschreibung des Diffusors verwiesen wird.

Claims

Ansprüche
1 . Diffusor mit mindestens einer Wand (8), die einen Einlass mit rundem Querschnitt umschließt, der über die Höhe der Wand (8) des Diffusors (4) in einen eckigen Querschnitt am Auslass des Diffusors (4) übergeht, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge (15) zwischen den Seiten (34 bis 37) der Wand (8) in Höhenrichtung eine Verwindung aufweisen, die dem Drall der Strömung der Luft durch den Diffusor folgt.
2. Diffusor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (8) eckigen Umriss hat.
3. Diffusor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Seiten (34 bis 37) der Wand (8) stetig gekrümmt ineinander übergehen.
4. Diffusor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Diffusors (4) in Strömungsrichtung zunimmt.
5. Diffusor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Diffusors (4) vom Eintrittsende (6) aus zunächst abnimmt und dann zunimmt.
6. Diffusor nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der eckige Querschnitt über mehr als ein Viertel der Höhe der Wand (8) vorgesehen ist.
7. Diffusor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (4) wenigstens eine weitere Wand (9, 10) aufweist, die von der Wand (8) mit Abstand umgeben ist.
8. Diffusor nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Wand (9, 10) zumindest am Auslass eckigen Querschnitt aufweist.
9. Diffusor nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Seiten der weiteren Wand (9, 10) stetig gekrümmt ineinander übergehen.
10. Diffusor, insbesondere nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Wand (9, 10) am Einlass einen runden, vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt hat, der über die Höhe der weiteren Wand (9, 10) stetig in einen eckigen Querschnitt übergeht.
1 1. Diffusor, insbesondere nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge (17, 18) zwischen den Seiten der weiteren Wand (9, 10) in Höhenrichtung einen Drall (Verwin- dung) aufweisen.
12. Diffusor mit mindestens einer Wand (8), die einen Einlass mit rundem Querschnitt umschließt, der über die Höhe der Wand (8) des Diffusors (4) in einen eckigen Querschnitt am Auslass des Diffusors (4) übergeht, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge (15) zwischen den Seiten (34 bis 37) der Wand (8) in Höhenrichtung eine Verwindung (15 bis 18) aufweisen, die der Beziehung θ x - genügt, wobei der Winkel (Θ) zwischen zwei Radialen (r1 und r2) gemessen wird, von denen die eine Radiale (r1 ) durch den Schnittbereich zwischen dem Übergang (15) und dem freien Rand (7) am Einlass der Wand (8) verläuft, während die andere Radiale (r2) sich von der Achse des Einlasses bis zu dem im Auslass liegenden Eckbereich der Wand (8) verläuft, von dem aus sich der Übergang (15) erstreckt, jeweils in Achsrichtung des Diffusors (4) gesehen. 3. Diffusor nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verwindung in einem Bereich zwischen etwa 50° und etwa 100° liegt.
14. Diffusor, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Einlassquerschnitt (AE) ZU Auslassquerschnitt (AA) in einem Bereich kleiner etwa 5, vorteilhaft zwischen etwa 1 ,2 und etwa 3, liegt.
15. Diffusor, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 14, mit mindestens einer Wand (8), die einen Einlass und einen Auslass aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (8) unter Bildung eines Durchlasses (1 1 , 12, 39, 40) wenigstens eine weitere Wand (9, 10, 38, 41 ) umgibt, und dass die Auslassenden der Wände (8 bis 10, 38, 41 ) zur Vergrößerung des Ausströmfläche (AA) des Diffusors (4) in unterschiedlicher Höhe liegen.
16. Diffusor nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassenden der Wände (8 bis 10, 38, 41 ) in einer gekrümmten Fläche liegen, wie einer Kugelfläche oder Zylinderfläche (45).
17. Diffusor nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassenden der Wände (8 bis 10, 38, 41 ) in ebenen Flächen liegen, die beispielsweise Seitenflächen eines gedachten Quaders (44) oder einer Pyramide sind.
18. Diffusor nach einem der Ansprüche 15 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassenden der Wände (8 bis 10, 38, 41 ) in einer gemeinsamen Ebene liegen.
19. Diffusor nach einem der Ansprüche 15 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassenden der Wände (8 bis 10, 38, 41 ) in unterschiedlichen Ebenen liegen.
20. Diffusor nach einem der Ansprüche 15 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer Wand (8 bis 10, 38, 41 ) wenigstens eine Öffnung (47, 48, 49) vorgesehen ist, durch welche benachbarte Durchlässe (1 1 , 12, 39, 40) miteinander strömungsver- bunden sind.
21. Ventilator mit einem Laufrad (20) und einem Diffusor (4), der insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 20 ausgebildet ist und mindestens eine Wand (8) aufweist, die einen Einlass mit rundem Querschnitt umschließt, der über die Höhe der Wand (8) in einen eckigen Querschnitt am Auslass des Diffusors (4) übergeht,
dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge (15) am Austrittsende zwischen den Seiten (34 bis 37) der Wand (8) eine Krümmung (R) haben, die in einem Bereich von etwa <0,5 x D liegt, wobei (D) der Durchmesser des Laufrades (20) ist.
22. Ventilator nach Anspruch 21 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung (R) in einem Bereich von etwa <0,25 x D liegt.
23. Ventilator, insbesondere nach Anspruch 21 oder 22, mit einem Laufrad (20) und einem Diffusor (4), der insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 20 ausgebildet ist und mindestens eine Wand (8) aufweist, die einen Einlass und einen Auslass begrenzt,
dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsfläche (AR) der Wand (8) mit dem abgerundeten Übergang (15) kleiner ist als die Austrittsfläche (A) der Wand (8) ohne abgerundeten Übergang (15) am Austrittsende zwischen den Seiten (34 bis 37) der Wand (8), wobei die Flächenab- weichung (A/AR) im Bereich zwischen etwa 1 und etwa 1 ,27, vorzugsweise zwischen etwa 1 und etwa 1 ,05, liegt.
24. Ventilator mit einem Laufrad (20) und einem Diffusor (4), der insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 20 ausgebildet ist und mindestens eine Wand (8) aufweist, die einen Einlass und einen Auslass aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von axialer Länge (L) des Diffusors (4) zum Durchmesser (D) des Ventilators (3) in einem Bereich von etwa < 5, vorzugsweise zwischen etwa 0,2 und etwa 2, liegt.
25. Ventilator mit einem Diffusor nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
26. Ventilator mit einem Diffusor nach Anspruch 10.
27. Ventilator mit einem Diffusor nach Anspruch 1 1 .
28. Ventilator mit einem Diffusor nach Anspruch 12 oder 13.
29. Ventilator mit einem Diffusor nach Anspruch 14.
30. Ventilator mit einem Diffusor nach einem der Ansprüche 15 bis 20.
31 . Gerät mit wenigstens einem Ventilator nach einem der Ansprüche 21 bis 30.
32. Gerät mit einem Gehäuse (1 ), das wenigstens eine Seitenwand mit einer Oberseite (5) aufweist, auf der ein Ventilator (3) mit einem Diffusor (4) angeordnet ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberseite (5) der Gehäuseseitenwand wenigstens ein weiterer Ventilator (3) mit einem Diffusor (4) angeordnet ist.
33. Gerät nach Anspruch 32,
dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusoren (4) eckigen Auslassquerschnitt haben.
34. Gerät nach Anspruch 32 oder 33,
dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Diffusoren (4) mit ihren Umrissseiten aneinander liegen.
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