ВЕНТИЛЯТОР
VENTILATOR

Настоящее изобретение относится к вентилятору, в частности к осевому вентилятору, с рабочим колесом, установленным в корпусе вентилятора на подшипниках с возможностью вращения.
Такого рода вентиляторы используются, наряду с прочим, с теплообменниками, которые применяются, например, в холодильных установках. Во время работы вентилятора или теплообменника и соответственно установки, снабженной вентилятором, и/или вследствие преобладающей температуры окружающей среды может образовываться конденсат, который оседает на вентиляторе. Если этот конденсат замерзает, в частности в области корпуса вентилятора, может образовываться лед, который приводит к неполадкам. Например, может произойти блокировка рабочего колеса льдом, который образовался между корпусом вентилятора и рабочим колесом.
Описанная выше проблематика не ограничивается лишь ситуациями, в которых лед образуется при нахождении вентилятора в отключенном состоянии и препятствует приведению вентилятора в действие. В принципе возможно также, что во время работы вентилятора мешающий слой льда постепенно нарастает.
Поэтому задачей настоящего изобретения является создание такого надежно работающего вентилятора, при использовании которого могут предотвращаться описанные выше проблемы. Одновременно изготовление вентилятора с нагревательным устройством должно быть надежным и экономически выгодным.
Решение этой задачи достигается за счет вентилятора с признаками пункта 1 формулы изобретения.
Корпус вентилятора окружает рабочее колесо в окружном направлении, по меньшей мере, участками, причем корпус вентилятора имеет простирающееся в окружном направлении рабочего колеса полое пространство, в котором согласно изобретению расположено нагревательное устройство.
Другими словами, вентилятор снабжен нагревательным устройством для того, чтобы можно было противодействовать образованию льда или растапливать лед, уже образовавшийся между радиальными концами рабочего колеса и окружающим рабочее колесо корпусом вентилятора. Чтобы защитить нагревательное устройство и минимизировать нежелательную отдачу вырабатываемого нагревательным устройством тепла в обращенное от рабочего колеса внешнее пространство вентилятора, нагревательное устройство расположено в полом пространстве корпуса, которое, по меньшей мере, частично простирается вокруг рабочего колеса. Разумеется, что не все компоненты нагревательного устройства должны располагаться в упомянутом полом пространстве. Отдельные составные части нагревательного устройства, по меньшей мере, частично могут располагаться за пределами полого пространства. Существенным является то, что полое пространство используется для подвода тепла, чтобы нагревать корпус вентилятора.
В принципе, соответствующий изобретению вентилятор может использоваться везде, где существует опасность образования нежелательного льда. Вентилятор может использоваться, например, в установках, которые используются на открытом воздухе и которые поэтому подвержены воздействию преобладающих там температур. В частности, вентилятор снабжен теплообменником. Теплообменники используются, наряду с прочим, в холодильных установках и выполняют там роль испарителей или конденсаторов.
Нагревательное устройство может устанавливаться в корпусе вентилятора на заводе. В принципе можно также размещать нагревательное устройство в полом пространстве уже после поставки вентилятора. Например, вентилятор описанного выше вида с имеющим полое пространство корпусом при необходимости может и дооборудоваться. Т.е. вентилятор оснащается размещаемым в полом пространстве нагревательным устройством и соответствующими управляющими устройствами уже впоследствии - к примеру, в процессе обслуживания агрегата. Кроме того, нагревательное устройство при поломке может легко извлекаться и ремонтироваться или заменяться.
Другие варианты осуществления изобретения приведены в пунктах формулы изобретения, описании и чертежах.
Согласно одному варианту осуществления изобретения полое пространство и/или нагревательное устройство окружают рабочее колесо в окружном направлении, по меньшей мере, участками, в частности полностью. Хотя, в принципе, возможно, что полое пространство и/или нагревательное устройство простираются вокруг рабочего колеса не по всей окружности. Во многих случаях, однако, оказалось целесообразным предусматривать в окружном направлении замкнутое полое пространство и/или соответствующее нагревательное устройство.
Между нагревательным устройством и рабочим колесом может располагаться теплопроводный элемент для того, чтобы выработанное нагревательным устройством тепло можно было распределять целенаправленно и, в частности, в обращенной к рабочему колесу части корпуса вентилятора. В этой связи понятие «между» следует понимать так, что теплопроводный элемент в радиальном направлении, т.е. в направлении, перпендикулярном к оси вращения рабочего колеса, расположен между нагревательным элементом и рабочим колесом.
Нагревательное устройство может быть закреплено - непосредственно или опосредованно - на теплопроводном элементе. Например, теплопроводный элемент может иметь крепежные планки, посредством которых нагревательное устройство может быть прикреплено к теплопроводному элементу. Согласно технологически обеспечивающему преимущество исполнению крепежных планок они изготовлены заодно с теплопроводным элементом. Может быть предусмотрено, что нагревательное устройство и теплопроводный элемент монтируются заранее и затем на заводе при первичном монтаже или в качестве компонентов дооборудования размещаются вместе в полом пространстве.
В частности, теплопроводный элемент окружает рабочее колесо в окружном направлении, по меньшей мере, участками, предпочтительно полностью.
Чтобы эффективно использовать нагревательную мощность нагревательного устройства, теплопроводный элемент может находиться в теплопроводном контакте с нагревательным устройством и корпусом вентилятора. В частности, может быть предусмотрен непосредственный контакт между теплопроводным элементом и упомянутыми компонентами. Чтобы улучшить теплопроводный контакт между теплопроводным элементом и корпусом вентилятора, теплопроводный элемент может включать в себя натяжное устройство, посредством которого теплопроводный элемент может прижиматься к корпусу вентилятора.
Согласно одной из форм осуществления теплопроводный элемент заделан в расположенную между нагревательным устройством и рабочим колесом, ограничивающую полое пространство стенку корпуса вентилятора. Можно предусмотреть полную заделку теплопроводного элемента в упомянутую стенку, чтобы он был окружен материалом корпуса вентилятора по существу со всех сторон. Но, однако, можно и оставить, по меньшей мере, части теплопроводного элемента открытыми. В частности, обращенная к нагревательному устройству сторона теплопроводного элемента может быть расположена так, что она остается не покрытой материалом корпуса вентилятора так, что можно создать непосредственный контакт между нагревательным устройством и теплопроводным элементом.
Теплопроводный элемент может представлять собой отдельный конструктивный элемент, располагаемый в полом пространстве. В частности, теплопроводный элемент является листовым конструктивным элементом. Для улучшения передачи тепла от нагревательного устройства через теплопроводный элемент к обращенной к рабочему колесу части корпуса вентилятора можно располагать теплопроводный элемент с прилеганием к упомянутой выше стенке, в частности, в плоскости.
Теплопроводный элемент может включать в себя металлическую ленту, которая, в частности, состоит из алюминия, стали или меди.
Нагревательное устройство согласно одной из форм осуществления вентилятора исполнено в виде ленты. Оно может включать в себя, по меньшей мере, один нагревательный провод. В частности нагревательное устройство образовано несколькими витками нагревательного провода. Чтобы улучшить передачу тепла между нагревательным проводом и находящимися с ним в контакте компонентами, он может иметь, по меньшей мере, на отдельных участках оболочку из хорошо проводящей тепло металлической оплетки.
В принципе, нагревательное устройство может включать в себя тепловентилятор, посредством которого горячий воздух может создаваться в полом пространстве или подаваться в полое пространство. В качестве нагревательной среды может быть предусмотрена также вода, которая нагревается в полом пространстве или которая подается в полое пространство.
Экономически выгодно изготовляемая и достаточно устойчивая конструкция корпуса вентилятора получается, когда он изготовлен, по меньшей мере, в области полого пространства из пластикового материала. Эта часть корпуса вентилятора - или корпус в целом - может изготавливаться, например, методом литья под давлением. Пригодным пластиковым материалом является, например, полипропилен. Чтобы адаптировать теплопроводные свойства и/или механические свойства пластикового материала к соответственно предъявляемым требованиям, он может смешиваться с минеральным наполнителем. Оказалось, что при использовании вентилятора, имеющего корпус из смешанного с тальком пластикового материала, может достигаться более высокая скорость оттаивания и более эффективное противодействие образованию слоя льда, чем при использовании сравнимых видов вентиляторов с корпусом из чистого пластикового материала.
Согласно одной из форм осуществления изобретения протяженность нагревательного устройства и/или теплопроводного элемента в осевом направлении параллельно оси вращения рабочего колеса равна или больше осевой протяженности рабочего колеса в его внешней области. В частности, осевая протяженность теплопроводного элемента больше осевой протяженности нагревательного элемента, т.е. теплопроводный элемент при этой форме осуществления шире, чем нагревательное устройство, так что создаваемая им нагревательная мощность может распределяться на большую область.
Дополнительное улучшение приложения выработанной нагревательным устройством нагревательной мощности к обращенной к рабочему колесу части корпуса вентилятора достигается тогда, когда между нагревательным устройством и теплопроводным элементом предусмотрена теплопроводная паста, по меньшей мере, одна теплопроводная прокладка и/или теплопроводный клей. В качестве альтернативы или дополнительно могут быть предусмотрены упомянутые теплопроводные вспомогательные средства между теплопроводным элементом и корпусом вентилятора, в частности, когда первый не заделан в корпус вентилятора.
Далее настоящее изобретение в качестве примера рассматривается на основе обеспечивающих преимущество форм осуществления со ссылкой на приложенные чертежи. Показывают:
фиг. 1 - первую форму осуществления соответствующего изобретению вентилятора;
фиг. 2 - поперечное сечение показанной на фиг. 1 формы осуществления;
фиг. 3-5 - виды поперечного сечения других форм осуществления соответствующего изобретению вентилятора;
фиг. 6 - вид сверху на форму осуществления теплопроводного элемента с расположенным на нем нагревательным устройством;
фиг. 6а - область показанного на фиг. 6 теплопроводного элемента на виде сбоку;
фиг. 7 - вид сверху на форму осуществления теплопроводного элемента с натяжным устройством;
фиг. 8 и 9 - альтернативные виды соединений свободных концов теплопроводных элементов, имеющих кольцеобразную форму;
фиг. 10 и 11 - форма осуществления теплопроводного элемента с крепежными планками на виде сверху или в сечении; и
фиг. 12 - поперечное сечение нагревательного провода.
Фиг. 1 представляет вентилятор 10 с рабочим колесом 12, которое имеет расположенные на ступице 14 лопасти 16 вентилятора. Во время работы вентилятора 10 рабочее колесо 12 вращается вокруг оси D вращения.
Радиально с внешней стороны рабочее колесо 12 окружено корпусом вентилятора, который в форме осуществления согласно фиг. 1 образован кольцом 18 корпуса. Разумеется, что возможны и другие исполнения корпуса, которые образуют ограничение, охватывающее, по меньшей мере, частично, рабочее колесо по периферии. Кольцо 18 может быть, например, интегрировано в другие составные части корпуса или закреплено на них.
Фиг. 2 представляет вырез поперечного сечения через вентилятор 10 (без соответствия масштабу). Положение плоскости сечения показано на фиг. 1 плоскостью S. Поскольку конструкция вентилятора 10 в поперечном сечении симметрична оси D вращения, на фиг. 2 изображение правой - от оси вращения D - части поперечного сечения не показано.
Как уже описано вначале, образование льда в промежутке 20 между свободными концами лопастей 16 вентилятора и кольцом 18 может привести к заклиниванию рабочего колеса 12. Этот лед образуется, например, если конденсат накапливается на поверхности кольца 18 или на лопастях 16 и вследствие преобладающих температур замерзает там. Это может происходить, в частности, тогда, когда рабочее колесо 12 находится в покое. Рассмотренная проблематика свойственна, например, вентиляторам, которыми снабжены теплообменники холодильной установки. На пластинах теплообменника во время работы холодильной установки может образовываться лед, который препятствует эффективному теплообмену между направляемой через теплообменник охлаждающей средой и окружающим воздухом, и поэтому он должен растапливаться. Образующаяся при растапливании льда влага может оседать на вентиляторе и замерзать там снова.
Если вентилятор 10 в рабочем положении расположен вертикально - т.е. ось D вращения находится по существу в горизонтальной плоскости - области вентилятора, расположенные в нижней области, особенно подвержены образованию льда, так как конденсирующаяся на вентиляторе 10 вода стекает и/или капает вниз и там замерзает.
Чтобы растопить уже образовавшийся лед перед приведением вентилятора 10 в действие и/или чтобы предотвратить образование льда уже заранее, вентилятор 10 оснащен нагревательным устройством 22, расположенным в полом пространстве 24 внутри кольца 18, что можно видеть на фиг. 2. Полое пространство 24 образовано по существу U-образным конструктивным элементом 26 корпуса, закрытым крышкой 28. Конструктивный элемент 26 кольца 18 включает в себя обращенную к рабочему колесу 12, радиально находящуюся на внутренней стороне стенку 26а и радиально находящуюся на внешней стороне стенку 26b.
Нагревательное устройство 22 включает в себя нагревательную ленту 30, которая в плоскости прилегает к стенке 26а, чтобы граничащую часть кольца 18 нагревать, по меньшей мере, настолько, чтобы промежуток 20 становился или оставался свободным ото льда.
Благодаря размещению нагревательного устройства 22 внутри кольца 18 оно надежно защищено. Кроме того, полое пространство 24 оказывает изолирующее действие, т.е. лишь небольшая часть отданного нагревательной лентой тепла бесполезно улетучивается во внешнее пространство. Вследствие непосредственного контакта нагревательной ленты 30 со стенкой 26а достигается то, что обращенная к промежутку 20 часть кольца 18 нагревается непосредственно.
Как уже было упомянуто, вместо кольца 18 может применяться любая конструкция корпуса, чтобы окружить рабочее колесо 12 по периферии. Существенным является то, что, по меньшей мере, на отдельных участках предусмотрено полое пространство, в котором находится нагревательное устройство. В показанном на фиг. 1 и 2 вентиляторе 10 полое пространство 24 простирается полностью через кольцо 18. Нагревательная лента 30 также окружает рабочее колесо 12 полностью, так что стенка 26а полностью нагревается в окружном направлении. В принципе, можно также нагревать лишь определенные сегменты окружности или отдельные дискретные части кольца 18, в случае, если соответствующая ситуация применения допускает это или требует этого.
Чтобы надежно предотвратить образование льда и как можно эффективнее использовать задействованную нагревательную мощность, нагреваемая нагревательным устройством 22 часть стенки 26а в осевом направлении - т.е. в направлении, параллельном оси D вращения - является шире соответствующей протяженности лопастей 16 вентилятора.
Фиг. 3 представляет форму осуществления вентилятора 10′. В отличие от показанной на фиг. 2 формы осуществления нагревательное устройство 22 - в данном случае образованное несколькими витками нагревательного провода 30′ - не прилегает к стенке 26а непосредственно. Между нагревательным проводом 30′ и стенкой 26а расположен хомутообразный теплопроводный элемент 32, который благодаря хорошим теплопроводным свойствам своего материала воспринимает большую часть отданного нагревательным проводом 30' нагревающего тепла и дальше передает стенке 26а, к которой он прилегает на большой площади, чтобы распределять тепло равномерно. Для улучшения передачи тепла между отдельными упомянутыми выше компонентами могут использоваться теплопроводный клей, теплопроводная паста и/или теплопроводные прокладки.
Для управления нагревательным устройством 22 может быть предусмотрен переключатель или датчик, посредством которого прерывается или ограничивается электропитание нагревательного устройства 22 при достижении заранее заданной температуры, чтобы предотвратить перегрев. Может быть, например, предусмотрено закреплять такой переключатель - например, компании Klixon - или соответствующий датчик на теплопроводном элементе 32 и управлять нагревательной мощностью нагревательного устройства 22 на основе температуры теплопроводного элемента 32. Естественно, для этого может учитываться и температура стенки 26а.
Фиг. 4 представляет форму осуществления вентилятора 10″. В вентиляторе 10″ также предусмотрен теплопроводный элемент 32, который улучшает перенос вырабатываемого нагревательным устройством 22 тепла на стенку 26а. В отличие от вентилятора 10′, в котором теплопроводный элемент 32 отделен от кольца 18 конструктивным элементом, теплопроводный элемент 32 вентилятора 10″ заделан в стенку 26а конструктивного элемента 26 корпуса, например инжектирован. За счет этого достигается особенно хороший теплоперенос между теплопроводным элементом 32 и стенкой 26а. Чтобы сделать возможным непосредственный теплоперенос между нагревательным устройством 22 и теплопроводным элементом 32, обращенная к нагревательному устройству 22 сторона теплопроводного элемента 32 не покрыта материалом кольца 18.
В определенных случаях применения может быть выгодно в отличие от показанной на фиг. 4 конструкции интегрировать теплопроводный элемент 32 в стенку 26а полностью, как это имеет место в форме осуществления вентилятора 10′″ (см. фиг. 5).
Конечно, вентиляторы 10′, 10″ и 10′″ имеют в значительной степени аналогичное геометрическое исполнение кольца 18. Разумеется, однако, что размеры и форма кольца 18 могут выбираться свободно, чтобы соответственно отвечать предъявляемым требованиям. То же самое относится и к нагревательному устройству 22. Их геометрическое исполнение или их мощностное исполнение может адаптироваться к соответственно складывающейся ситуации.
В принципе, можно изготовлять кольцо 18 из металла. Оказалось, однако, выгодным - среди прочего, с учетом затрат - изготовлять кольцо 18 из пластикового материала, в частности из полипропилена. Для улучшения теплопроводных свойств применяемого материала его можно смешивать с тальком. Благодаря этому достигается более быстрое и более равномерное распределение выработанного нагревательным устройством 22 тепла. Пригодными для изготовления теплопроводного элемента 32 материалами оказались медь, алюминий и сталь.
Фиг. 6 представляет теплопроводный элемент 32, который в окружном направлении снабжен нагревательным устройством 22 не полностью, чтобы принять в расчет тот факт, что образование льда по указанным выше причинам часто происходит в рабочем положении в первую очередь в нижней области вентилятора. На фиг. 6, кроме того, обозначена область, которая на фиг. 6а изображена с увеличением на виде сбоку.
Фиг. 6а представляет теплопроводный элемент 32 на виде сбоку, чтобы наглядно пояснить, что нагревательное устройство 22 включает в себя нагревательный провод 30′, который в несколько петель уложен между конечными пунктами Е. Т.е. нагревательный провод 30′ покрывает только находящуюся между конечными пунктами Е окружную область теплопроводного элемента 32. Имеется в виду, что теплопроводный элемент 32 не обязательно должен быть замкнутым кольцом.
Фиг. 7 представляет теплопроводный элемент 32, который по существу образован открытым кольцом. Оба открытых конца теплопроводного элемента 32 имеют соединительные планки 34, которые посредством натяжного устройства 36 могут стягиваться. Натяжное устройство 36 включает в себя в показанном на фиг. 7 примере винт 37, который взаимодействует с гайкой 38 с возможностью натягивания кольцевидного теплопроводного элемента 32. Если затягивают гайку 38, то теплопроводный элемент 32 прижимается к стенке 26а полого пространства 24, вследствие чего он в плоскости прилегает к стенке 26а и тем самым обеспечивает эффективную передачу тепла.
Разумеется, возможны и другие исполнения натяжного устройства 36. Например, могут применяться кабельные стяжки, предпочтительно изготовленные из металла, так как применяемый обычно пластик при проявляющихся во время работы нагревательного устройства 22 температурах может стареть и становиться хрупким или ломким. Как показано на фиг. 8, вместо винта 37 и гайки 38 может использоваться и U-образная скоба 39, которая входит в выполненные на свободных концах теплопроводного элемента 32 крепежные участки 40. Крепежные участки 40 могут создаваться, например, путем штамповки или выдавливания, так что образуются проходные отверстия, в которые могут входить ножки скобы 39. U-образное выполнение скобы 39 придает ей эластичные свойства, которыми определяется натяжение теплопроводного элемента 32. Разумеется, может быть предусмотрено несколько расположенных со смещением крепежных участков 40 (показано штриховкой), чтобы можно было подогнать радиус теплопроводного элемента 32 соответственно к имеющейся геометрии полого пространства 24. При этом может оказаться, что свободные концы теплопроводного элемента 32 налегают друг на друга.
Фиг. 9 представляет альтернативное выполнение соединения свободных концов теплопроводного элемента 32, которое в отличие от показанной на фиг. 7 формы осуществления включает в себя две проходящие в окружном направлении теплопроводного элемента 32 соединительные планки 34′. Соединительные планки 34′ соединяются друг с другом посредством штыря или штифта 41.
Чтобы нагревательное устройство 22 можно было простым способом надежно и эффективно закреплять на теплопроводном элементе 32, показанная на фиг. 10 форма осуществления теплопроводного элемента 32 предусматривает наличие крепежных планок 43. Крепежные планки 43 выполнены заодно с лентообразным приемным участком 45 теплопроводного элемента 32, на котором размещается устройство 22. Чтобы зафиксировать там нагревательное устройство 22, крепежные планки 43 загибаются, пока они не прижмут его вплотную к приемному участку 45. Монолитное исполнение планок 43 и приемного участка 45 обеспечивает, с одной стороны, простое изготовление теплопроводного элемента 32 из одного листового конструктивного элемента, а с другой стороны, планки 43 также воспринимают выработанное нагревательным элементом 22 тепло и передают его дальше.
Фиг. 11 представляет поперечное сечение через показанную на фиг. 10 форму осуществления теплопроводного элемента 32 со смонтированном на нем нагревательным устройством 22. Расположенный в виде нескольких витков на приемном участке 45 теплопроводного элемента 32 нагревательный провод 30′ надежно фиксируется загнутыми планками 43.
Более эффективное использование выработанного нагревательным устройством 22 тепла достигается при использовании нагревательного провода 30′, имеющего оболочку из хорошо проводящего тепло материала. На фиг. 12 показана форма осуществления такого нагревательного провода 30′. Ядро нагревательного провода 30′ образовано электрическим проводником 47, окруженным жаростойким изолятором 49, например соответствующим пластиком. Изолятор, в свою очередь, окружен металлической оплеткой 51, в частности алюминиевой оплеткой с высокой теплопроводностью.
Список ссылочных обозначений
10, 10′, 10″, 10′″ - вентилятор
12 - рабочее колесо
14 - ступица
16 - лопасть вентилятора
18 - кольцо корпуса
20 - промежуток
22 - нагревательное устройство
24 - полое пространство
26 - конструктивный элемент корпуса
26а, 26b - стенка
28 - крышка
30 - нагревательная лента
30′ - нагревательный провод
32 - теплопроводный элемент
34, 34′ - планка
36 - натяжное устройство
37 - винт
38 - гайка
39 - скоба
40 - крепежный участок
41 - штифт
43 - крепежная планка
45 - приемный участок
47 - электрический провод
49 - изолятор
51 - металлическая оплетка
D - ось вращения
S - линия сечения
Е - конечный пункт