CN102297155A - 风扇、成型用模具和流体输送装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供风扇、成型用模具和流体输送装置。贯流风扇具有沿周向相互隔开间隔设置的多个风扇叶片(21)。风扇叶片(21)包括:内边缘部(27),配置在内周一侧;以及外边缘部(26),配置在外周一侧。在风扇叶片(21)上形成有翼面(23),该翼面(23)在内边缘部(27)和外边缘部(26)之间延伸。伴随风扇的转动,在翼面(23)上产生空气流,该空气流在内边缘部(27)和外边缘部(26)之间流动。风扇叶片(21)具有在翼面(23)上形成有凹部(41)的叶片断面形状。凹部(41)配置在与内边缘部(27)相比更接近外边缘部(26)的位置上,并且从风扇转动轴方向上的风扇叶片(21)的一端(31)延伸至另一端(32)。按照这种结构,能够获得良好的送风能力且能够降低噪音。
Description
技术领域
本发明涉及风扇、成型用模具和流体输送装置,更具体地说,涉及贯流风扇或离心风扇等风扇、用于制造该风扇的成型用模具以及具有该风扇的流体输送装置。
背景技术
作为以往的风扇,例如专利文献1(日本专利公开公报特开平1-318798号)公开了一种多叶片送风机的叶轮,该多叶片送风机的叶轮使侧风音或n音(n:转速)等缓和,并且使尾涡分散。专利文献1公开的多叶片送风机的叶轮中,在叶片的风扇外周侧前端设置有圆柱部,该圆柱部的直径比叶片前端的壁厚大。
此外,专利文献2(日本专利公开公报特开平5-44686号)公开了一种横流风扇,该横流风扇的噪声电平低且效率高。在专利文献2公开的横流风扇中,叶轮的叶片后侧越朝向外周一侧越薄。
在空气调节机(空气调节装置)或空气净化机这种电气设备内具有风扇,该风扇用于向室内送出空气。在这些电气设备中,由于要求运转时具有静音性,所有需要降低伴随风扇转动产生的噪音。
产生噪音的原因可以例举的是,伴随风扇的转动,风扇叶片的叶片端部以一定周期通过。这种情况下,在覆盖风扇的风扇外壳的内侧产生一定周期的压力波动,从而产生被称为叶片通过音(nZ音:通过自然数n与风扇叶片的个数Z相乘得到的值来确定频率的声音)的窄频带噪音。作为降低这种窄频带噪音的对策,可以考虑沿周向以随机间距配置风扇叶片、或在沿转动轴方向排列的多个叶轮之间偏移配置风扇叶片。
然而,如果以上述方式不均匀地配置风扇叶片,则例如在沿周向配置的风扇叶片中,产生了与考虑送风能力而导出的最佳设计间隔偏离配置的风扇叶片。因此,使送风能力降低、或导致用于使风扇转动的驱动电动机的消耗电力增加。而如果使全部风扇叶片之间接近最佳间隔,则由于间隔一致,导致nZ音增大。
另一方面,在上述专利文献1公开的多叶片送风机的叶轮中,通过在风扇外周侧前端设置圆柱部,来降低噪音。但是,由于在原本厚度小的位置上设置圆柱部,所以使风扇的重量增大,导致驱动电动机的消耗电力增加。此外,当风扇以低转速运转时,产生nZ音并不是很大的问题。因此,圆柱部不必要地使风扇叶片之间的空气通道变窄,反而成为驱动电动机的消耗电力增大的要因。
此外,在上述专利文献2公开的横流风扇中,由于叶轮的叶片后侧越朝向外周一侧越薄,所以有利于降低驱动电动机的消耗电力。但是,这种叶片形状使沿叶片流动的空气流的宽度变窄,从而使比叶片靠向下游的尾流集中。因此,不能充分地获得降低nZ音的一次音的效果。
发明内容
为了解决上述课题,本发明的目的在于提供能够获得良好的送风能力且能够降低噪音的风扇、成型用模具和流体输送装置。
本发明提供一种风扇,该风扇具有多个叶片部,多个叶片部沿周向相互隔开间隔设置。叶片部包括:内边缘部,配置在内周一侧;以及外边缘部,配置在外周一侧。在叶片部上形成有翼面,该翼面在内边缘部和外边缘部之间延伸。伴随风扇的转动,在翼面上产生流体流,该流体流在内边缘部和外边缘部之间流动。在沿与风扇的转动轴垂直的平面切断叶片部的情况下,叶片部具有在翼面上形成有凹部的叶片断面形状。凹部配置在与内边缘部相比更接近外边缘部的位置上,并且从风扇转动轴方向上的叶片部的一端延伸至另一端。
按照这种结构的风扇,伴随空气在相邻的叶片部之间流动,在凹部中生成流体流的旋涡(二次流),通过翼面的流体流(主流)沿凹部中生成的旋涡的外侧流动。此时,凹部中生成的旋涡的大小和形状,因受到通过相邻的叶片部之间的流体流的速度或微小的干扰的影响而产生变化,受到该变化的影响,沿旋涡外侧流动的流体流也大幅度变化。因此,在比凹部靠向下游的位置上,通过翼面的流体流的方向和速度产生随时间的波动,从而可以抑制由叶片部周期性通过引起的噪音的产生。另一方面,在本发明中,由于通过形成凹部抑制了噪音的产生,所以可以考虑送风能力来使各叶片部的形状和配置为最佳。因此,能够获得良好的送风能力且能够降低噪音。
此外,优选的是,翼面包括:正压面,配置在风扇的转动方向一侧;以及负压面,配置在正压面的背面一侧。凹部形成在负压面上。
按照这种结构的风扇,由于与正压面相比,在负压面上对通过翼面的流体流所作用的压力较小,所以伴随凹部中生成的旋涡的大小和形状的变化,在比凹部靠向下游的位置上,流体流相对于翼面进行剥离、再附着。因此,通过翼面的流体流的方向和速度产生更大的随时间的波动,从而可以有效地抑制由叶片部周期性通过引起的噪音的产生。
此外,优选的是,凹部的断面形状从风扇转动轴方向上的叶片部的一端朝向另一端产生变化。按照这种结构的风扇,沿风扇的转动轴方向,在凹部中生成的旋涡的大小和形状产生变化,从而可以进一步有效地抑制噪音的产生。
此外,优选的是,凹部在翼面上的开口宽度从风扇转动轴方向上的叶片部的一端朝向另一端产生变化。按照这种结构的风扇,在凹部中生成的旋涡和在其外侧流动的流体流接触的长度发生变化,在风扇的转动轴方向上,可以使凹部中生成的旋涡的大小和形状产生更大的变化。
此外,优选的是,在沿与风扇的转动轴垂直的平面切断叶片部的情况下,叶片部的断面面积从风扇转动轴方向上的叶片部的一端朝向另一端逐渐变大。从翼面凹陷的凹部的断面面积为叶片部的另一端一侧比一端一侧大。
按照这种结构的风扇,沿风扇的转动轴方向,在凹部中生成的旋涡的大小和形状产生变化,从而可以进一步有效地抑制噪音的产生。此时,由于凹部的断面面积在叶片部的断面面积为更大的另一端一侧较大,所以与凹部的形成无关,可以充分地确保叶片部的强度。
此外,优选的是,多个叶片部包括在叶片部上形成的凹部的形态彼此不同的第一叶片部和第二叶片部。
按照这种结构的风扇,通过使叶片部上形成的凹部的形态不同,在第一叶片部和第二叶片部之间,凹部中形成的流体流的旋涡的形状、大小和数量不同。在这种情况下,由于沿该旋涡的外侧流动的流体流也受到旋涡的形状、大小和数量的影响,所以可以使比凹部靠向下游的流体流的方向和速度在第一叶片部和第二叶片部之间不一致。由此,可以进一步有效地抑制噪音的产生。
此外,优选的是,在沿周向排列的多个叶片部的内侧形成有内侧空间,在其外侧形成有外侧空间。上述记载的任意一个风扇都是贯流风扇,在从风扇的转动轴方向观察的情况下,该贯流风扇从相对于转动轴位于一侧的外侧空间向内侧空间吸入流体,并且向相对于转动轴位于另一侧的外侧空间送出吸入的流体。按照这种结构的风扇,可以得到一种能够获得良好的送风能力且能够降低噪音的贯流风扇。
此外,优选的是,在沿周向排列的多个叶片部的内侧形成有内侧空间,在其外侧形成有外侧空间。上述记载的任意一个风扇都是离心风扇,该离心风扇从内侧空间向外侧空间送出流体。按照这种结构的风扇,可以得到一种能够获得良好的送风能力且能够降低噪音的离心风扇。
此外,优选的是,上述记载的任意一个风扇都由树脂形成。按照这种结构的风扇,可以得到一种能够获得良好的送风能力且能够降低噪音的树脂制的风扇。
本发明提供一种成型用模具,该成型用模具用于对上述记载的任意一个风扇进行成型。按照这种结构的成型用模具,可以制造树脂制的风扇。
本发明提供一种流体输送装置,该流体输送装置具有送风机,该送风机包括:上述记载的任意一个风扇;以及驱动电动机,与风扇连接,使多个叶片部转动。按照这种结构的流体输送装置,通过提高风扇的送风能力,可以降低驱动电动机的消耗电力。
如上所述,按照本发明,可以提供能够获得良好的送风能力且能够降低噪音的风扇、成型用模具和流体输送装置。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1的贯流风扇的立体图。
图2是表示构成图1中的贯流风扇的一个叶轮的立体图。
图3是表示沿图1中的III-III线的贯流风扇的断面图。
图4是表示图1中的贯流风扇所具有的风扇叶片的断面图。
图5是表示采用了图1中的贯流风扇的空气调节机的断面图。
图6是放大表示图5中的空气调节机的吹出口附近的断面图。
图7是表示在图5中的空气调节机的吹出口附近产生的空气流的断面图。
图8是表示制造图1中的贯流风扇时所使用的成型用模具的断面图。
图9是表示图7中所示的下游区域的断面图。
图10是表示在由图9中的双点划线X包围的范围内产生的现象的断面图。
图11是示意性表示图9中所示范围的空气通道的图。
图12是表示图2中的风扇叶片的立体图。
图13是表示沿图12中的XIII-XIII线的风扇叶片的断面图。
图14是表示沿图12中的XIV-XIV线的风扇叶片的断面图。
图15是表示图1中的贯流风扇的变形例的断面图。
图16是表示图15中的贯流风扇所具有的第一风扇叶片的断面图。
图17是表示图15中的贯流风扇所具有的第二风扇叶片的断面图。
图18是表示图15中的贯流风扇所具有的第三风扇叶片的断面图。
图19是表示图15中的贯流风扇所具有的第四风扇叶片的断面图。
图20是表示图15中的贯流风扇所具有的第五风扇叶片的断面图。
图21是表示图15中的贯流风扇所具有的第六风扇叶片的断面图。
图22是表示本发明实施方式3的离心风扇的立体图。
图23是表示采用了图22中的离心风扇的送风机的断面图。
图24是表示沿图23中的XXIV-XXIV线的送风机的断面图。
图25是表示采用了图23中的离心风扇的空气净化机的断面图。
附图标记说明
10离心风扇,12、12A、12B、12C叶轮,13、13p、13q外周框,13a、13b端面,14圆盘部,16轴榖部,21、21A~21F风扇叶片,23翼面,24负压面,25正压面,26外边缘部,27内边缘部,28中心线,31一端,32另一端,40厚壁部,41凹部,51内周侧区域,52外周侧区域,55空气通道,100贯流风扇,101中心轴,105旋涡,160成型用模具,162可动侧模具,164固定侧模具,166型腔,206接近位置,210空气调节机,215送风机,220室内机,222外壳,222A机壳,222B前面板,224吸入口,225吹出口,226送风通路,228空气过滤器,229室内侧热交换器,231横百叶板,232纵百叶板,241上游区域,242下游区域,246上游外侧空间,247内侧空间,248下游外侧空间,251前方壁部,252后方壁部,253、254突出部,256上侧导向部,257下侧导向部,262强制旋涡,320送风机,326封装外壳,327吹出部,328驱动电动机,329外壳,329a导向壁,330吸入部,331内周侧空间,332外周侧空间,340空气净化机,341过滤器,342吸入口,343吹出口,344壳体,344a后壁,344b顶壁,345管道,350送风机,351驱动电动机,352外壳,352a导向壁,353吸入部,354吹出部。
具体实施方式
下面参照附图,对本发明的实施方式进行说明。而且,在以下所参照的附图中,相同或相应的构件采用相同的附图标记。
[实施方式1]
(贯流风扇的结构说明)
图1是表示本发明实施方式1的贯流风扇的立体图。图2是表示构成图1中的贯流风扇的一个叶轮的立体图。图3是表示沿图1中的III-III线的贯流风扇的断面图。
参照图1至图3,本实施方式的贯流风扇(横流风扇)100具有多个风扇叶片21。贯流风扇100的整体外观为大体圆筒形,多个风扇叶片21配置在该大体圆筒形的圆周面上。贯流风扇100由树脂一体形成。贯流风扇100以图中所示的虚拟的中心轴101为中心,沿箭头103所示的方向转动。
贯流风扇100利用转动的多个风扇叶片21,向与作为转动轴的中心轴101垂直的方向送风。在从中心轴101的轴向观察的情况下,贯流风扇100相对于中心轴101从一侧的外侧空间向风扇的内侧空间吸入空气,并且相对于中心轴101向另一侧的外侧空间送出吸入的空气。贯流风扇100在与中心轴101垂直的平面内形成空气流,该空气流向与中心轴101交叉的方向流动。贯流风扇100形成与中心轴101平行的平面状的吹出气流。
在适合于家庭用电气设备等的风扇的低雷诺数区域的转速下,使用贯流风扇100。
贯流风扇100由沿中心轴101的轴向排列的多个叶轮12组合而成。在各叶轮12中,以中心轴101为中心,沿其周向相互隔开间隔设置有多个风扇叶片21。
贯流风扇100还具有作为支撑部的外周框13。外周框13是以中心轴101为中心呈环状延伸的环形。外周框13具有端面13a和端面13b。端面13a与沿中心轴101轴向的一个方向相对。端面13b配置在端面13a的背面一侧,与沿中心轴101轴向的另一个方向相对。
外周框13设置在沿中心轴101轴向相邻的叶轮12之间。
仔细观察相邻配置的图1中的叶轮12A和叶轮12B,设置在叶轮12A上的多个风扇叶片21直立设置在端面13a上,并且沿中心轴101的轴向呈板状延伸。设置在叶轮12B上的多个风扇叶片21直立设置在端面13b上,并且沿中心轴101的轴向呈板状延伸。
在贯流风扇100的制造工序中,通过树脂成型来制造图2中所示的叶轮12。此外,通过使所得到的多个叶轮12相互连接,从而得到图1中的贯流风扇100的形态。
图3表示沿与作为贯流风扇100转动轴的中心轴101垂直的平面切断时的风扇叶片21的叶片断面。
参照图2、图3,风扇叶片21具有内边缘部27和外边缘部26。内边缘部27配置在风扇叶片21的内周一侧。外边缘部26配置在风扇叶片21的外周一侧。风扇叶片21从内边缘部27朝向外边缘部26、向以中心轴101为中心的周向倾斜。风扇叶片21从内边缘部27朝向外边缘部26、向贯流风扇100的转动方向倾斜。
在风扇叶片21上形成有翼面23,该翼面23由正压面25和负压面24构成。正压面25配置在贯流风扇100的转动方向一侧,负压面24配置在正压面25的背面一侧。当贯流风扇100转动时,伴随在翼面23上产生空气流,产生了在正压面25上相对较大、在负压面24上相对较小的压力分布。风扇叶片21在内边缘部27和外边缘部26之间,具有以正压面25一侧凹下、负压面24一侧凸起的方式整体弯曲的叶片断面。风扇叶片21在内边缘部27和外边缘部26之间具有薄壁的叶片断面。
图4是表示图1中的贯流风扇所具有的风扇叶片的断面图。参照图4,图中表示了风扇叶片21的叶片断面的厚度方向(连接正压面25和负压面24的方向)的中心线28。
中心线28在叶片断面中延伸,把风扇叶片21的叶片断面分为正压面25一侧和负压面24一侧。中心线28可以由单一的圆弧构成,也可以由曲率不同的多个圆弧组合而成。风扇叶片21在中心线28朝向内周一侧延伸的前端上具有内边缘部27,在中心线28朝向外周一侧延伸的前端上具有外边缘部26。中心线28在内边缘部27和外边缘部26之间弯曲延伸。另外,中心线28在形成有后面叙述的凹部41的位置上,如图4中的虚线所示,表示在没有设置凹部41时的正压面25和负压面24之间的中心位置延伸。
正压面25和负压面24分别在内边缘部27和外边缘部26之间弯曲延伸。在把正压面25和负压面24之间的长度作为风扇叶片21的厚度的情况下,风扇叶片21在内边缘部27和外边缘部26之间的任意位置上具有厚度T。在本实施方式中,风扇叶片21的厚度T在内边缘部27和外边缘部26上为零。风扇叶片的厚度T在内边缘部27和外边缘部26之间连续变化。
在风扇叶片21的翼面23上确定有:内周侧区域51,距内边缘部27比距外边缘部26近;以及外周侧区域52,距外边缘部26比距内边缘部27近。即,在连接内边缘部27和外边缘部26的中心线28的延伸方向上,内周侧区域51配置在内边缘部27一侧,外周侧区域52配置在外边缘部26一侧。内周侧区域51、外周侧区域52的边界位置和内边缘部27之间的翼面23(正压面25或负压面24)的长度,等于内周侧区域51、外周侧区域52的边界位置和外边缘部26之间的翼面23(正压面25或负压面24)的长度。
风扇叶片21具有厚壁部40。在连接内边缘部27和外边缘部26的中心线28上,风扇叶片21在厚壁部40具有最大的厚度Tmax。风扇叶片21的厚度T从内边缘部27朝向厚壁部40逐渐变大,在厚壁部40为最大,并且从厚壁部40朝向外边缘部26逐渐变小。
厚壁部40配置成偏向内边缘部27和外边缘部26中一个。在本实施方式中,厚壁部40配置成偏向内边缘部27和外边缘部26中的内边缘部27。厚壁部40配置在距内边缘部27比距外边缘部26近的内周侧区域51内。厚壁部40与内边缘部27相邻配置。厚壁部40配置在如下位置上:使内边缘部27和厚壁部40之间的翼面23的长度比厚壁部40与内周侧区域51和外周侧区域52的边界位置之间的翼面23的长度小。整体观察,风扇叶片21具有在内周一侧相对较厚、在外周一侧相对较薄的叶片断面。
在沿与中心轴101垂直的平面切断风扇叶片21的情况下,风扇叶片21具有翼型(aerofoil)断面,该翼型断面具有厚壁部40,该厚壁部40配置成偏向内边缘部27和外边缘部26中的一个。
参照图2至图4,在风扇叶片21上形成有凹部41。以从翼面23凹陷的方式来形成凹部41。凹部41形成在与内边缘部27相比更接近外边缘部26的位置上,即,形成在外周侧区域52内。在与外边缘部26相比更接近内边缘部27的位置上没有形成凹部,即,在内周侧区域51内没有形成凹部。
在本实施方式中,凹部41形成在负压面24上。在正压面25上没有形成凹部。凹部41形成在正压面25和负压面24中的一个上。在负压面24中,在内边缘部27和外边缘部26之间形成有凹部41的位置上,翼面23为断续性的表面。另一方面,在没有形成凹部的正压面25中,翼面23在内边缘部27和外边缘部26之间连续延伸。
如图2中所示,风扇叶片21沿中心轴101的轴向在一端31和另一端32之间延伸。在图1中所示的贯流风扇100的形态中,一端31与外周框13的端面13b连接,另一端32与外周框13的端面13a连接。
凹部41为沿中心轴101的轴向延伸的槽状。凹部41沿中心轴101的轴向在风扇叶片21的一端31和另一端32之间连续延伸。凹部41沿中心轴101的轴向在风扇叶片21的一端31和另一端32之间呈直线状延伸。
在沿与中心轴101垂直的平面切断凹部41的情况下,凹部41具有三角形的断面。凹部41并不限定于这种形状,也可以具有例如梯形或圆弧形的断面。
参照图1至图3,多个风扇叶片21具有彼此相同的叶片断面形状。在使风扇叶片21以中心轴101为中心转动的情况下,在多个风扇叶片21之间,翼面23相互重合。在使风扇叶片21以中心轴101为中心转动的情况下,在多个风扇叶片21之间,内边缘部27和外边缘部26分别相互重合。随机排列多个风扇叶片21的相邻风扇叶片21之间的间距。例如通过按照随机数正态分布、不等间隔地配置多个风扇叶片21,来实现这种随机间距。
多个叶轮12的风扇叶片21的排列彼此相同。即,在各叶轮12中,排列多个风扇叶片21的间隔和以该间隔排列的风扇叶片21的顺序在多个叶轮12之间相同。
另外,多个风扇叶片21的排列并不限定于随机间距,也可以等间距排列。
在从中心轴101的轴向观察的情况下,以在相邻的叶轮12之间产生偏移角度R的方式,来层叠多个叶轮12。例如,仔细观察以例举的顺序相邻配置的图1中的叶轮12A、叶轮12B和叶轮12C,叶轮12B相对于叶轮12A层叠成:叶轮12A和叶轮12B的全部风扇叶片21从沿中心轴101的轴向重合的位置开始,以中心轴101为中心仅偏离了偏移角度R。此外,叶轮12C相对于叶轮12B层叠成:叶轮12B和叶轮12C的全部风扇叶片21从沿中心轴101的轴向重合的位置开始,以中心轴101为中心仅偏离了偏移角度R(从叶轮12A观察为2R)。
(空气调节机和成型用模具的结构说明)
图5是表示采用了图1中的贯流风扇的空气调节机的断面图。参照图5,空气调节机210包括:室内机220,设置在室内,并且设置有室内侧热交换器229;以及未图示的室外机,设置在室外,并且设置有室外侧热交换器和压缩机。通过配管连接室内机220和室外机,该配管用于使制冷剂气体在室内侧热交换器229和室外侧热交换器之间循环。
室内机220具有送风机215。送风机215包括:贯流风扇100;未图示的驱动电动机,用于使贯流风扇100转动;以及外壳222,用于伴随贯流风扇100的转动,产生规定的气流。
外壳222具有机壳222A和前面板222B。机壳222A被室内的墙面支撑,前面板222B装拆自如地安装在机壳222A上。前面板222B的下端部和机壳222A的下端部之间的间隙形成吹出口225。吹出口225为沿室内机220的宽度方向延伸的大体矩形,并且设置成面对前下方。在前面板222B的上表面上,形成有格子状的吸入口224。
在与前面板222B相对的位置上设置有空气过滤器228,用于捕集、除去从吸入口224吸入的空气中含有的尘埃。在前面板222B和空气过滤器228之间形成的空间内,设置有未图示的空气过滤器清扫装置。利用空气过滤器清扫装置,自动地除去积存在空气过滤器228上的尘埃。
在外壳222的内部形成有送风通路226,该送风通路226使空气从吸入口224朝向吹出口225流动。在吹出口225中设置有:纵百叶板232,能够改变左右方向的吹出角度;以及多个横百叶板231,能够将上下方向的吹出角度改变成前上方、水平方向、前下方和正下方。
在送风通路226路径上的贯流风扇100和空气过滤器228之间,配置有室内侧热交换器229。室内侧热交换器229具有弯曲形状的未图示的制冷剂管,该制冷剂管沿上下方向并列设置成多层,并且沿前后方向并列设置成多列。室内侧热交换器229与设置在屋外的室外机的压缩机连接,利用压缩机的驱动使制冷循环运转。通过使制冷循环运转,当冷气装置运转时,将室内侧热交换器229冷却成比周围温度低,当暖气装置运转时,将室内侧热交换器229加热成比周围温度高。
图6是放大表示图5中的空气调节机的吹出口附近的断面图。参照图5、图6,外壳222具有前方壁部251和后方壁部252。前方壁部251和后方壁部252相互隔开间隔相对配置。
贯流风扇100配置成在送风通路226的路径上位于前方壁部251和后方壁部252之间。在前方壁部251上形成有突出部253,该突出部253朝向贯流风扇100的外周面突出,使贯流风扇100和前方壁部251之间的间隙变小。在后方壁部252上形成有突出部254,该突出部254朝向贯流风扇100的外周面突出,使贯流风扇100和后方壁部252之间的间隙变小。
外壳222具有上侧导向部256和下侧导向部257。在比贯流风扇100靠向空气流下游的位置上,由上侧导向部256和下侧导向部257确定送风通路226。
上侧导向部256和下侧导向部257分别与前方壁部251和后方壁部252相连,并且朝向吹出口225延伸。上侧导向部256和下侧导向部257以上侧导向部256为内周一侧、下侧导向部257为外周一侧的方式,使贯流风扇100送出的空气弯曲,并向前下方引导该空气。上侧导向部256和下侧导向部257从贯流风扇100越朝向吹出口225,使送风通路226的断面面积越扩大。
在本实施方式中,前方壁部251和上侧导向部256与前面板222B一体形成。后方壁部252和下侧导向部257与机壳222A一体形成。
图7是表示在图5中的空气调节机的吹出口附近产生的空气流的断面图。参照图5至图7,在送风通路226的路径上形成有:上游外侧空间246,位于比贯流风扇100靠向空气流上游的位置上;内侧空间247,位于贯流风扇100的内侧(沿周向排列的多个风扇叶片21的内周一侧);以及下游外侧空间248,位于比贯流风扇100靠向空气流下游的位置上。
当贯流风扇100转动时,以突出部253、254为边界,在送风通路226的上游区域241中形成有空气流261,该空气流261从上游外侧空间246通过风扇叶片21的翼面23、并朝向内侧空间247,并且以突出部253、254为边界,在送风通路226的下游区域242中形成有空气流261,该空气流261从内侧空间247通过风扇叶片21的翼面23、并朝向下游外侧空间248。此时,在与前方壁部251相邻的位置上,形成有空气流的强制旋涡262。
另外,在本实施方式中,虽然以空气调节机为例进行了说明,但是本发明的贯流风扇也能够应用于其他送出流体的装置,例如空气净化机、加湿机、冷却装置或换气装置等。
图8是表示制造图1中的贯流风扇时所使用的成型用模具的断面图。参照图8,成型用模具160具有固定侧模具164和可动侧模具162。通过固定侧模具164和可动侧模具162来确定型腔166,该型腔166与贯流风扇100形状基本相同,用于注入流动性的树脂。
也可以在成型用模具160中设置未图示的加热器,该加热器用于提高注入型腔166内的树脂的流动性。例如在采用加入了玻璃纤维的AS(acrylonitrile-styrene丙烯腈-苯乙烯共聚物)树脂那样的增加了强度的合成树脂的情况下,设置这种加热器特别有效。
另外,后面叙述的实施方式3的离心风扇10也通过与图8中的成型用模具160结构相同的模具来制造。
(作用、效果的详细说明)
接着,在假设将贯流风扇100应用于图5至图7中的空气调节机的情况下,对本实施方式的贯流风扇100所起到的作用、效果进行说明。
参照图5至图7,首先,对在空气调节机210的下游区域242中产生的现象进行说明。伴随贯流风扇100的转动,因各风扇叶片21的外边缘部26一侧的叶片端部连续不断地通过,主要在外壳222和风扇叶片21之间的接近位置206(外壳222的前方壁部251和风扇叶片21相对的空间)上,产生周期性的压力波动。这种周期性的压力波动是产生被称为叶片通过音的窄频带噪音的原因。
图9是表示图7中所示的下游区域的断面图。图10是表示在由图9中的双点划线X包围的范围内产生的现象的断面图。
参照图9、图10,在下游区域242内,当形成从内侧空间247朝向下游外侧空间248的空气流时,在风扇叶片21的翼面23上产生空气流,该空气流从内边缘部27流入并通过翼面23、再从外边缘部26流出。此时,在形成于负压面24上的凹部41中,形成沿逆时针方向的空气流的旋涡105(二次流)。由此,通过翼面23的空气流106(主流)沿凹部41中产生的旋涡105的外侧流动,翼面23上的空气流犹如利用旋涡堵住凹部41。
对在凹部41中形成旋涡105的理由进行说明,如上所述,在适合于家庭用电气设备等的风扇的低雷诺数区域的转速下,使用贯流风扇100,并且,凹部41的尺寸至少比风扇叶片21的厚度T小。因此,相对于把内边缘部27和外边缘部26之间的距离作为尺寸比例来考虑的风扇叶片21周围的空气流的雷诺数,凹部41内的空气流的雷诺数较小,例如为10-1的数量级。因此,凹部41内的空气流成为具有粘性的气流,形成了沿凹部41的凹形的旋涡。
由此,在凹部41中生成的旋涡105的大小和形状,因受到通过相邻的风扇叶片21之间的空气通道55的空气流的速度或微小的干扰的影响而产生变化。在这种情况下,受到旋涡105的大小和形状的变化的影响,沿旋涡105的外侧流动的空气流106也发生较大的变化。因此,在比凹部41靠向下游的位置上,通过翼面23的空气流107的方向和速度随时间波动。伴随于此,在比风扇叶片21的外边缘部26靠向下游的上述接近位置206上,压力波动的时机产生变化。其结果,由于压力波动的周期不容易一致,所以该不一致的部分可以降低窄频带噪音。
此外,凹部41形成在负压面24上。在这种情况下,与正压面25相比,在负压面24上作用于通过翼面23的空气流的压力小。因此,伴随在凹部41中形成的旋涡105的大小和形状的变化,在比凹部41靠向下游的位置上,空气流相对于翼面23进行剥离、再附着。因此,通过翼面23的空气流107的方向和速度产生更大的随时间的波动,从而可以进一步有效地抑制窄频带噪音的产生。
此外,如图9中的箭头131所示,以中心轴101为中心朝向半径方向外侧的离心力,作用于通过相邻的风扇叶片21之间的空气上。在这种情况下,由于正压面25配置成与内周一侧相对,所以作用有离心力的空气,以被强有力地吹向正压面25的外周一侧的方式流动。由此,在将凹部设置在正压面25的外周侧区域52内的情况下,尘埃有可能积存在该凹部内。
另一方面,由于负压面24配置在正压面25的背面、面向外周一侧,所以空气不会强有力地吹向负压面24。因此,可以使尘埃不会堆积在凹部41内,并且通过设置凹部41可以得到降低噪音的效果。
这样,在本实施方式中,通过在风扇叶片21的外周一侧形成凹部41,能够降低噪音。因此,不需要使设置风扇叶片21的方式在多个风扇叶片21之间显著变化,来分散叶片端部通过的周期。由此,在全部的风扇叶片21中,可以使设置风扇叶片21的方式,即风扇叶片21的形状(沿与中心轴101垂直的平面切断时的叶片断面形状)、排列(相邻的风扇叶片21之间的间距)和配置角度(连接内边缘部27和外边缘部26的直线与连接内边缘部27和中心轴101的线所成的角度)等各种设计规格为最佳。并且,通过在风扇叶片21上形成凹部41,可以实现风扇叶片21的轻量化。
另外,虽然在本实施方式的贯流风扇100中,以中心轴101为中心且以随机间距配置多个风扇叶片21,但是即使在这种情况下,由于上述理由,也可以降低随机间距的程度,从而可以使各风扇叶片21的排列接近考虑到送风性能的最佳值。
图11是示意性表示图9中所示范围的空气通道的图。参照图9、图11,在本实施方式的贯流风扇100中,风扇叶片21的厚度为最大的厚壁部40配置成偏向内边缘部27和外边缘部26中的内边缘部27。因此,相邻的风扇叶片21之间所形成的空气通道55在内周一侧具有相对较小的流道面积S1、在外周一侧具有较大的流道面积S2。按照这种结构,从内边缘部27流向外边缘部26的空气在拓宽流道内流动,该拓宽流道的流道断面从上游朝向下游扩大。
空气通道55内周一侧的空气流的压力和速度分别为P1和V1,空气通道55外周一侧的空气流的压力和速度分别为P2和V2,下游外侧空间248的压力为P3。在这种情况下,空气流的速度从空气通道55的内周一侧朝向外周一侧逐渐变小,另一方面,空气流的压力逐渐增大(V1>V2、P1<P2)。由此,从相邻的风扇叶片21之间的空气通道55送出的空气流的压力P2比下游外侧空间248的压力P3大,其结果,可以提高贯流风扇100的静压特性。
由于空气流的流速在下游区域242中比上游区域241变慢,所以翼面23上的空气流容易产生剥离。在本实施方式中,在这种空气流容易剥离的下游区域242中,通过得到由上述拓宽流道产生的压力恢复效果,从而大幅度提高了贯流风扇100的送风能力。
(贯流风扇的细部结构说明)
图12是表示图2中的风扇叶片的立体图。图13是表示沿图12中的XIII-XIII线的风扇叶片的断面图。图14是表示沿图12中的XIV-XIV线的风扇叶片的断面图。图13中表示了风扇叶片21的一端31一侧的断面,图14中表示了风扇叶片21的另一端32一侧的断面。
参照图12至图14,从一端31到另一端32,凹部41的断面形状产生变化。更具体地说,凹部41的槽深度为另一端32一侧比一端31一侧大(H1<H2)。凹部41在翼面23上的开口宽度为另一端32一侧比一端31一侧大(B1<B2)。凹部41的断面形状沿中心轴101的轴向连续变化。
按照这种结构,在风扇的转动轴方向上,可以使凹部41中生成的旋涡105(参照图10)的大小和形状产生变化。因此,由于即使在风扇的转动轴方向(中心轴101的轴向)上,通过翼面23的空气流107的方向和速度也产生随时间的波动,所以可以进一步有效地抑制窄频带噪音的产生。
此外,采用图8中所示的成型用模具160,通过树脂成型来形成风扇叶片21。此时,考虑可动侧模具162的起模斜度,风扇叶片21为相对于中心轴101的轴向产生倾斜的锥形。更具体地说,在沿与中心轴101垂直的平面切断风扇叶片21的情况下所得到的断面面积,从一端31朝向另一端32逐渐变大(S3<S4)。
另一方面,在本实施方式的贯流风扇100中,凹部41的断面面积为另一端32一侧比一端31一侧大(S5<S6)。按照这种结构,以在具有较大断面面积的另一端32一侧使凹部41的断面面积大的方式,来使凹部41的形状变化。这样,通过使凹部41的断面形状沿风扇叶片21树脂成型时的起模斜度变化,可以防止在风扇叶片21的断面中产生显著的薄壁位置。由此,可以确保风扇叶片21的强度,并且可以大幅度地降低其重量。此外,在采用图8中的成型用模具160对贯流风扇100进行树脂成型的情况下,可以确保薄壁的一端31一侧的树脂的流动性。
对如上所述的本发明实施方式1的贯流风扇100的结构进行总结说明,作为本实施方式风扇的贯流风扇100具有多个作为叶片部的风扇叶片21,该风扇叶片21沿周向相互隔开间隔设置。风扇叶片21具有:内边缘部27,配置在内周一侧;以及外边缘部26,配置在外周一侧。风扇叶片21形成有翼面23,该翼面23在内边缘部27和外边缘部26之间延伸。伴随风扇的转动,在翼面23上产生作为流体流的空气流,该空气流在内边缘部27和外边缘部26之间流动。在利用与作为风扇转动轴的中心轴101垂直的平面切断风扇叶片21的情况下,风扇叶片21具有在翼面23上形成有凹部41的叶片断面形状。凹部41配置在与内边缘部27相比更接近外边缘部26的位置上,并且从风扇转动轴方向上的风扇叶片21的一端31延伸至另一端32。
按照这种结构的本发明实施方式1的贯流风扇100,通过使nZ音的频率在多个风扇叶片21之间分散,可以降低伴随驱动风扇所产生的噪音,并且可以使噪音的音质良好。此时,由于不需要为了降低噪音而使设置风扇叶片21的方式在多个风扇叶片21之间显著变化,所以可以容易地将形成凹部41之前的风扇叶片21的叶片断面形状、排列或配置角度等设定为考虑到送风能力的最佳值。同时,通过在风扇叶片21上形成凹部41,可以实现风扇叶片21的轻量化。
此外,按照本发明实施方式1的空气调节机210,通过采用轻量且发挥出良好送风能力的贯流风扇100,可以降低用于驱动贯流风扇100的驱动电动机的消耗电力。由此,可以得到有助于节能的空气调节机210。
另外,在本实施方式中,虽然对风扇叶片21的厚壁部40配置成偏向内边缘部27的情况进行了说明,但是本发明并不限定于此,厚壁部40也可以配置成偏向外边缘部26。此外,凹部41也可以形成在正压面25的外周侧区域52内,还可以形成在正压面25和负压面24的外周侧区域52内。此外,也可以在图4中所示的风扇叶片21的正压面25的内周侧区域51内,追加形成凹部。
[实施方式2]
在本实施方式中,对实施方式1的贯流风扇100的变形例进行说明。
图15是表示图1中的贯流风扇的变形例的断面图。图16至图21是表示图15中的贯流风扇所具有的各种风扇叶片的断面图。
参照图15,在本变形例的贯流风扇中,多个风扇叶片21由多种风扇叶片21A、21B、21C、21D、21E、21F构成。在风扇叶片21A~21F中,通过彼此不同的形态来形成凹部41。分别设置有多个风扇叶片21A~21F的各风扇叶片。
凹部41的设置形态是指凹部41的形状(断面形状、槽深度、开口宽度等)、形成有凹部41的位置或凹部41的数量。如图16至图21中所示,在本变形例中,在风扇叶片21A、21B、21E、21F上形成有一个凹部41,在风扇叶片21C、21D上形成有两个凹部41。与风扇叶片21E、21F相比,风扇叶片21A、21B在远离外边缘部26的位置上形成有凹部41。风扇叶片21C、21D在风扇叶片21A、21B形成有凹部41的位置上和风扇叶片21E、21F形成有凹部41的位置上,分别形成有凹部41。在风扇叶片21B、21F、21D上形成有槽深度相对大的凹部41,在风扇叶片21A、21E、21C上形成有槽深度相对小的凹部41(H4>H3)。
风扇叶片21A、21B、21C、21D、21E、21F以中心轴101为中心沿周向以不规则(随机)的顺序排列。即,风扇叶片21A~21F不以具有规则性的顺序(例如,风扇叶片21A→21B→21C→21D→21E→21F→21A→21B→21C→21D→21E→21F→21A→21B……这样的顺序)重复排列。
在图中所示的贯流风扇中,在规定的区间内,以中心轴101为中心沿顺时针方向,依次排列风扇叶片21A、21B、21C、21D、21E、21F、21B、21D、21E、21F、21C、21A、21C、21F、21B、21A、21E、21D。
在上述例子中,作为随机配置风扇叶片21A~21F的方法,可以采用如下方法:把六种风扇叶片21A~21F作为一组考虑,依次配置风扇叶片21A~21F的排列顺序不同的多个组。另外,也可以采用如下方法:分别准备多个风扇叶片21A~21F的各风扇叶片,从中选择适当的风扇叶片依次排列。只要整体不具有规则性地排列风扇叶片21A~21F,也可以连续排列特定种类的风扇叶片。也可以在贯流风扇所使用的全部风扇叶片21上设置彼此形态不同的凹部41。所使用的风扇叶片21的种类优选为三种以上,更优选为四种以上。
按照这种结构,通过使凹部41的设置形态不同,在风扇叶片21A~21F中,凹部41中形成的空气流的旋涡的形状和大小不同。在这种情况下,由于沿该旋涡外侧的空气流也受到旋涡的形状和大小的影响,所以在风扇叶片21A~21F之间,比凹部41靠向下游的空气流的方向和速度不一致。由此,可以使风扇叶片21的通过音的频率分散,从而可以进一步抑制伴随驱动风扇所产生的噪音。
按照这种结构的本发明实施方式2的贯流风扇,同样可以得到实施方式1记载的效果。
[实施方式3]
在本实施方式中,首先,对本发明的风扇所使用的离心风扇的结构进行说明,接着,对采用了该离心风扇的送风机和空气净化机的结构进行说明。另外,本实施方式的离心风扇与实施方式1的贯流风扇100相比,局部结构相同。以下,不再对重复的结构进行说明。
(离心风扇的结构说明)
图22是表示本发明实施方式3的离心风扇的立体图。参照图22,本实施方式的离心风扇10具有多个风扇叶片21。离心风扇10的整体外观为大体圆筒形,多个风扇叶片21配置在该大体圆筒形的圆周面上。离心风扇10由树脂一体形成。离心风扇10以图22中所示的虚拟的中心轴101为中心,沿箭头103所示的方向转动。
离心风扇10利用转动的多个风扇叶片21,将从内周一侧吸入的空气向外周一侧送出。离心风扇10利用离心力,从风扇的转动中心一侧向其半径方向送出空气。离心风扇10是西洛克风扇。在适合于家庭用电气设备等的风扇的低雷诺数区域的转速下,使用离心风扇10。
离心风扇10还具有作为支撑部的外周框13p和外周框13q。外周框13p和外周框13q以中心轴101为中心呈环状延伸。外周框13p和外周框13q分别配置在沿中心轴101的轴向隔开距离的位置上。在外周框13p上通过圆盘部14一体地形成有轴榖部16,该轴榖部16用于将离心风扇10与驱动电动机连接。
多个风扇叶片21以中心轴101为中心沿周向相互隔开间隔排列。多个风扇叶片21的中心轴101轴向的两端被外周框13p和外周框13q支撑。风扇叶片21直立设置在外周框13p上,并且朝向外周框13q沿中心轴101的轴向延伸。
风扇叶片21具有与实施方式1的图4中的风扇叶片21相同的叶片断面形状。即,风扇叶片21的厚度为最大的厚壁部40配置成偏向内边缘部27和外边缘部26中的内边缘部27。在风扇叶片21的负压面24的外周侧区域52内形成有凹部41。
在本实施方式的离心风扇10中,与实施方式1的贯流风扇100的不同点是等间隔地排列多个风扇叶片21。
(送风机和空气净化机的结构说明)
图23是表示采用了图22中的离心风扇的送风机的断面图。图24是表示沿图23中的XXIV-XXIV线的送风机的断面图。参照图23、图24,送风机320在封装外壳326内具有:驱动电动机328、离心风扇10和外壳329。
驱动电动机328的输出轴与轴榖部16连接,该轴榖部16与离心风扇10一体成型。外壳329具有导向壁329a。导向壁329a由配置在离心风扇10的外周上的大体3/4圆弧形成。导向壁329a将由风扇叶片21转动产生的气流向风扇叶片21的转动方向引导,并且使气流的速度增大。
在外壳329上形成有吸入部330和吹出部327。吸入部330位于中心轴101的延长线上。吹出部327从导向壁329a的一部分朝向导向壁329a切线方向的一个方向敞开。吹出部327为方筒形,该方筒形从导向壁329a的一部分朝向导向壁329a切线方向的一个方向突出。
利用驱动电动机328的驱动,离心风扇10沿箭头103所示的方向转动。此时,从吸入部330向外壳329内吸入空气,并且从离心风扇10的内周侧空间331向外周侧空间332送出空气。向外周侧空间332送出的空气沿箭头304所示的方向周向流动,通过吹出部327向外部送风。
图25是表示采用了图23中的离心风扇的空气净化机的断面图。参照图25,空气净化机340具有:壳体344、送风机350、管道345和(HEPA:高性能过滤装置)过滤器341。
壳体344具有后壁344a和顶壁344b。在壳体344上形成有吸入口342,该吸入口342用于吸入设置有空气净化机340的室内的空气。吸入口342形成在后壁344a上。在壳体344上还形成有吹出口343,吹出口343向室内送出净化空气。吹出口343形成在顶壁344b上。一般来说,将空气净化机340设置在墙边,使后壁344a与室内的墙壁相对。
在壳体344的内部,过滤器341与吸入口342相对配置。通过吸入口342导入到壳体344内部的空气流经过滤器341。由此,除去空气中的异物。
送风机350用于向壳体344内部吸引室内的空气,并且通过吹出口343将过滤器341净化后的空气向室内送出。送风机350具有:离心风扇10、外壳352和驱动电动机351。外壳352具有导向壁352a。在外壳352上形成有吸入部353和吹出部354。
管道345作为导风通道,设置在送风机350的上方,将净化空气从外壳352导向吹出口343。管道345的下端与吹出部354相连,其上端的形状为敞开的方筒形。管道345将从吹出部354吹出的净化空气朝向吹出口343以层流方式引导。
在具有这种结构的空气净化机340中,利用送风机350的驱动使风扇叶片21转动,从吸入口342向壳体344内吸入室内的空气。此时,在吸入口342和吹出口343之间产生空气流,并且利用过滤器341除去吸入的空气中含有的尘埃等异物。
向外壳352内部吸入流经过滤器341后得到的净化空气。此时,被吸入到外壳352内的净化空气利用风扇叶片21周围的导向壁352a成为层流。成为层流的空气沿导向壁352a被导向吹出部354,从吹出部354向管道345内送风。从吹出口343向外部空间送出空气。
另外,在本实施方式中,虽然以空气净化机为例进行了说明,但是本发明的离心风扇也能够应用于其他送出流体的装置,例如空气调节机(空气调节装置)、加湿机、冷却装置或换气装置等。
按照这种结构的本发明实施方式3的离心风扇10和空气净化机340,同样可以得到实施方式1记载的效果。
可以将如上所述的实施方式1至3记载的风扇结构进行适当组合来构成新的风扇。例如,可以采用实施方式2中说明的风扇叶片,来构成实施方式3的离心风扇10。
本发明的实施方式全部为举例说明,本发明并不限定于此。本发明的范围并不限定于上述说明的内容,而是由权利要求来表示,并且包含与权利要求等同的内容和权利要求范围内的所有变更。
[工业实用性]
本发明主要应用于空气净化机或空气调节机等具有送风功能的家庭用电气设备。
Claims (11)
1.一种风扇,其特征在于,所述风扇具有多个叶片部(21),多个所述叶片部(21)沿周向相互隔开间隔设置,并且所述叶片部(21)包括:内边缘部(27),配置在内周一侧;以及外边缘部(26),配置在外周一侧,
在所述叶片部(21)上形成有翼面(23),所述翼面(23)在所述内边缘部(27)和所述外边缘部(26)之间延伸,
伴随风扇的转动,在所述翼面(23)上产生流体流,所述流体流在所述内边缘部(27)和所述外边缘部(26)之间流动,
在沿与风扇的转动轴垂直的平面切断所述叶片部(21)的情况下,所述叶片部(21)具有在所述翼面(23)上形成有凹部(41)的叶片断面形状,
所述凹部(41)配置在与所述内边缘部(27)相比更接近所述外边缘部(26)的位置上,并且从风扇转动轴方向上的所述叶片部(21)的一端(31)延伸至另一端(32)。
2.根据权利要求1所述的风扇,其特征在于,
所述翼面(23)包括:正压面(25),配置在风扇的转动方向一侧;以及负压面(24),配置在所述正压面(25)的背面一侧,
所述凹部(41)形成在所述负压面(24)上。
3.根据权利要求1所述的风扇,其特征在于,所述凹部(41)的断面形状从风扇转动轴方向上的所述叶片部(21)的一端(31)朝向另一端(32)产生变化。
4.根据权利要求3所述的风扇,其特征在于,所述凹部(41)在所述翼面(23)上的开口宽度,从风扇转动轴方向上的所述叶片部(21)的一端(31)朝向另一端(32)产生变化。
5.根据权利要求1所述的风扇,其特征在于,
在沿与风扇的转动轴垂直的平面切断所述叶片部(21)的情况下,所述叶片部(21)的断面面积从风扇转动轴方向上的所述叶片部(21)的一端(31)朝向另一端(32)逐渐变大,
从所述翼面(23)凹陷的所述凹部(41)的断面面积为所述叶片部(21)的另一端(32)一侧比一端(31)一侧大。
6.根据权利要求1所述的风扇,其特征在于,多个所述叶片部(21)包括在所述叶片部(21)上形成的所述凹部(41)的形态彼此不同的第一叶片部和第二叶片部。
7.根据权利要求1所述的风扇,其特征在于,
所述风扇是贯流风扇(100),
所述贯流风扇(100)在沿周向排列的多个所述叶片部(21)的内侧形成有内侧空间(247),在其外侧形成有外侧空间(246、248),
在从风扇的转动轴方向观察的情况下,所述贯流风扇(100)从相对于转动轴位于一侧的所述外侧空间(246)向所述内侧空间(247)吸入流体,并且向相对于转动轴位于另一侧的所述外侧空间(248)送出吸入的流体。
8.根据权利要求1所述的风扇,其特征在于,
所述风扇是离心风扇(10),
所述离心风扇(10)在沿周向排列的多个所述叶片部(21)的内侧形成有内侧空间(331),在其外侧形成有外侧空间(332),
所述离心风扇(10)从所述内侧空间(331)向所述外侧空间(332)送出流体。
9.根据权利要求1所述的风扇,其特征在于,所述风扇由树脂形成。
10.一种成型用模具,其特征在于,所述成型用模具用于对权利要求1-9中任意一项所述的风扇(100、10)进行成型。
11.一种流体输送装置,其特征在于,所述流体输送装置具有送风机(215、350),所述送风机(215、350)包括:权利要求1-9中任意一项所述的风扇(100、10);以及驱动电动机(351),与所述风扇(100、10)连接,使多个所述叶片部(21)转动。
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