Bei
einem Gebläsegehäuse wird
eine Technik zur Reduzierung des Geräuschpegels angewandt, bei der
ein zylinderförmiger
Einlass des Gebläsegehäuses ausgebildet
wird und eine asymmetrische Ansaugströmung gebildet ist (siehe zum
Beispiel Patentdokument 1).
Was
die Form des Gebläses
betrifft, wurde eine Technologie vorgeschlagen, nach der hohe Effizienz
und ein niedriger Geräuschpegel
erzielt wurden durch Ausbilden einer dreieckigen Führungskante
an der Blattspitze, indem die Kante in Drehrichtung nach vorne gezogen
wurde, das Blatt in Richtung auf die Einlassseite gekippt wurde
oder indem der Schlosswinkel oder der Einstellwinkel in einem geeigneten Bereich
gewählt
wurden, um Spitzenverwirbelungen und Streufluss zu reduzieren (siehe
zum Beispiel Patentdokumente 2 bis 5).
Es
wurde ferner eine Technik zur Erzielung eines geringen Geräuschpegels
vorgeschlagen, bei der die Formen der Blattspitze verbessert wurden (siehe
zum Beispiel Patentdokument 6).
Nach
einer weiteren Technologie zur Erzielung hoher Effizienz wird die
Form der hinteren Kante verbessert (siehe zum Beispiel Patentdokument
7).
Patentdokument
1
ist die japanische ungeprüfte
Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
61-190198 (Seiten 2 und 3, 1 bis 3)
Patentdokument
2
ist die japanische ungeprüfte
Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
61-065096 (Seiten 5 bis 6, 1 und 2)
Patentdokument
3
ist die japanische ungeprüfte
Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
09-049500 (Seiten 13 und 14, 1 bis 7)
Patentdokument
4
ist die japanische ungeprüfte
Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
11-044432 (Seiten 4 bis 6, 1 bis 7)
Patentdokument
5
ist die japanische ungeprüfte
Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
08-303391 (Seite 2, 1 bis 5)
Patentdokument
6
ist die japanische ungeprüfte
Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
06-129397 (Seite 3, 1 bis 3)
Patentdokument
7
ist die japanische ungeprüfte
Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
2002-257088 (Seite 4, 1 und 2)
Dokument
1 außerhalb
der Patentliteratur
ist der Aufsatz "Turbo-fan and compressor" von NAMAI, Takefumi
und INOUE, Masahiro Corona, veröffentlicht
am 25. August 1988, S. 357–418.
Die
technische Entwicklung axialer Schraubengebläse schreitet seit einer langen
Zeit fort und axiale Schraubengebläse sind ein gut entwickeltes etabliertes
mechanisches Element geworden. In dem oben beschriebenen Stand der
Technik wurden hinreichende Wirkungen hinsichtlich hoher Effizienz
und niedrigem Geräuschpegel
erzielt.
Diese
Technologien fokussierten auf die Vielseitigkeit, und weitere Verbesserungen
in der Leistungsfähigkeit
waren schwer zu erzielen.
Die
meisten Gebläse
für Kühlgeräte sind Massenprodukte,
mit anderen Worten Katalogprodukte und es ist schwer, bestimmte
Betriebsbedingungen und Anwendungen festzulegen (Patentdokumente
1 und 5).
So
wurde ein Design spezifiziert, wonach die angesaugte Strömung und
die abgegebene Strömung
parallel zur Rotationsachse verlaufen. Genauer gesagt, wurde Arbeit
investiert in den Spitzenbereich eines Blattes bzw. an der Blattspitze.
Der Druckgradient wird erzeugt mit einer Strömung mit einem hohen Druck
an dem Spitzenbereich des Blattes, die Strömung, die entsteht durch nach
außen
gerichtete Ex pansion aufgrund der Zentrifugalkraft der Drehung der
Flügel
wird unterdrückt
und in die axiale Strömungsrichtung
gedrängt.
Selbst
bei dem Axialschraubengebläse
für Klimaanlagen
wird die Strömung
so angeordnet, dass sie in axialer Flussrichtung fließt, ähnlich wie oben,
um zu verhindern, dass das ausgestoßene Fluid wieder zurückgesaugt
wird (Patentdokumente 2 bis 4, 6 und 7).
Bei
einem allgemeinen Aufbau dieser Axialschraubengebläse wird
ein adäquates
Spitzenspiel zwischen der Spitze und dem Gebläsegehäuse sichergestellt. Wenn sich
die Schraube dreht, treten Verwirbelungen und ein Streufluss an
dem Spitzenspiel aufgrund der Druckunterschiede zwischen der Druckoberfläche und
der Saugoberfläche
des Blattes und aufgrund des Druckunterschiedes zwischen dem Saugende
und dem Auslassende auf und bewirken Verluste und Lärm.
Zusätzlich wird
eine Randschicht des Gebläsegehäuses durch
das Strömungsfeld
verbogen, welches zwischen einer festen Gebläsegehäusewandoberfläche und
der rotierenden Schraube existiert, die Strömung wird durch Spitzenverwirbelung, Streufluss
und Ähnlichem
am Spitzenspiel beeinflusst und die Strömung wird sehr komplex.
Trotzdem
ist die Tangentialgeschwindigkeit am größten und der Durchsatz ist
im Bereich der Spitze am höchsten.
Daher wurden die meisten der bekannten Axialschraubengebläse so konstruiert, dass
der meiste Durchsatz durch komplexe Strömungen im Spitzenbereich erzielt
wird.
Wie
oben beschrieben, heißt
mehr Durchsatz bzw. Leistung, dass der Absolutwert der Verluste groß ist, selbst
wenn angenommen wird, dass das Verhältnis der entnommenen Energie
zu der eingeführten
Energie unverändert
bleibt.
Mit
anderen Worten, es muss ein Kompromiss gemacht werden zwischen dem
Lenken der Strömung
in Axialrichtung und der Verringerung von Verlusten und Geräusch im
Spitzenbereich, wobei ein Problem auftritt, wenn eine höhere Effizienz
und ein niedrigerer Geräuschpegel
erzielt werden sollen.
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
Dementsprechend
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Axialschraubengebläse anzugeben
mit einer Schraubenform, die Spitzenverwirbelungen, Streufluss oder ähnliches
im Bereich der Blattspitze verringert, die zu Verlusten und Geräuschen führen, sowie
ein Verfahren zur Verwendung des Axialschraubengebläses und
eine Kühlvorrichtung
mit dem Axialschraubengebläse.
Zur
Lösung
der obigen Aufgabe wird gemäß eines
ersten Aspekts der Erfindung ein Axialschraubengebläse angegeben
mit einem Motor, einer Schraube mit einer Mehrzahl von Blättern, die
um eine Nabe herum angeordnet sind, die an dem Motor angeschlossen
ist und mit einem Gebläsegehäuse mit
einem Lufteinlass auf einer Seite und einem Luftauslass auf der
anderen Seite, bei dem die radiale Lage des maximalen Einstellwinkels ξ im Blattquerschnitt
und die radiale Lage Aa des Umfangs des Führungskantenbereichs in Fluidflussrichtung
eine in Strömungsrichtung
gerichtete Spitze bilden und angeordnet sind zwischen 60 und 80
% des Außendurchmessers
der Schraube.
Nach
einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Axialschraubengebläse angegeben
mit einer Motor, einer Schraube mit einer Mehrzahl von Blättern um
eine Nabe, die an dem Motor angebracht ist und mit einem Gebläsegehäuse mit
einem Lufteinlass auf der einen Seite und einem Luftauslass auf der
anderen Seite, bei der eine radiale Lage mit einem maximalen Einstellwinkel ξ in dem Blattquer schnitt
und eine radiale Position mit einem maximalen Blatttiefenverhältnis σ, definiert
als σ =
L/T, wobei L die Länge
der Bogensehne ist, die die Führungskante
mit einem hinteren Ende des Blattes verbindet und T eine umfängliche
Länge bei
einem Radius R, dividiert durch die Blattzahl Z ist, zwischen 60
% und 80 % des Außendurchmessers
des Blattes angeordnet sind.
Nach
einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Axialschraubengebläse angegeben
mit einem Motor, einer Schraube mit einer Mehrzahl von Blättern um
eine Nabe, die an dem Motor angebracht ist und einem Gebläsegehäuse mit
einem Lufteinlass auf der einen Seite und einem Luftauslass auf
der anderen Seite, indem eine radiale Stelle mit einem maximalen
Einstellwinkel ξ in
einem Blattbereich, eine radiale Stelle Aa mit einem Umfang eines
Führungskantenbereichs
in einer Fluidflussrichtung, die eine vorstehende Spitze in Fließrichtung
bildet, und eine radiale Stelle mit einem maximalen Bogensehnenabstandsverhältnis σ, wobei das
Bogensehnenabstandsverhältnis σ definiert
ist als σ =
L/T, wobei L eine Länge
der Bogensehnenlinie ist, die die Führungskante mit der Rückkante
des Blattes verbindet, und T eine Umfangslänge bei einem Radius R, dividiert
durch die Blattzahl Z ist, zwischen 60 % und 80 % des Außendurchmessers
der Schraube angeordnet sind. Ein Luftauslass des Gebläsegehäuses hat vorzugsweise
eine innere Oberfläche,
die in sich ausdehnender Weise mit einem Öffnungsende in Verbindung steht.
Die
maximale Blattdicke tt des Spitzenbereichs ist größer als
die maximale Blattstärke
ta im Nabenbereich, wenn das Blatt aus einer Zylinderebene mit dem
Radius R geschnitten ist und der Querschnitt weitet sich in eine
zweidimensionale Ebene.
Wenn
das zu kühlende
Objekt an der Auslassseite des Axialschraubengebläses angeordnet ist,
wird es vorzugsweise an einer Stelle des Radius vorgesehen, der
größer ist
als der Spitzenbereichradius Rt auf der Luftauslassseite des Axialschraubengebläses.
Nach
der vorliegenden Erfindung wird ebenso ein Kühlgerät mit einem axialen Schraubengebläse angegeben
mit einem der oben beschriebenen Axialschraubengebläsen sowie
ein Kühlgerät, welches
an der Auslassseite des Axialschraubengebläses an einer Stelle angeordnet
ist, die von dem Spitzenbereichradius Rt ausgeht.
Somit
kann mit der vorliegenden Erfindung ein Axialschraubengebläse mit einer
Schraubenform, die Spitzenverwirbelung und/oder Streufluss im Blattspitzenbereich,
welche Verluste und Geräusche
erzeugen, erhalten werden.
Ferner
können
Geräte
mit hoher Effizienz und einem geringen Geräuschpegel hergestellt werden,
wenn das Axialschraubengebläse
nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Außerdem wird
bei der Kühlvorrichtung
mit dem Axialschraubengebläse
ein hoher Kühlungseffekt
erzielt werden, indem die Anordnung des Axialschraubengebläses und/oder
des sich aufheizenden Körpers
verbessert wird, selbst wenn das zu kühlende Objekt an der Gebläseauslassseite
angeordnet ist und Geräte
mit hoher Effizienz und niedrigem Geräuschpegel können zusammen mit dem Axialschraubengebläse hergestellt
werden.
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Projektion
eines Axialschraubengebläses
nach einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung auf einer Ebene senkrecht zur Drehachse;
2 zeigt einen Entwicklungsplan,
erhalten durch Schneiden eines Blattes mit einer zylinderförmigen Ebene
eines beliebigen Radius und Expandieren des Schnittes in eine zweidimensionale
Ebene sowie Schnittansichten im Nabenbereich bei einem Radius Ra
mit einem maximalen Einstellwinkel ξ im Spitzenbereich;
3 zeigt eine perspektivische
Ansicht einer Schraube des Axialschraubengebläses mit einem Gebläsegehäuse nach
der erste Ausführungsform;
4 zeigt eine schräge perspektivische Ansicht
der sich drehenden Schraube des Axialschraubengebläses nach
der ersten Ausführungsform
der Erfindung vom oberen Bereich einer Ansaugseite, um den Effekt
der Unterdrückung
eines Strömungsabrisses
zu illustrieren;
5 zeigt einen Vergleich
der Eigenschaften der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Axialschraubengebläses mit
den Eigenschaften eines herkömmlichen
Axialschraubengebläses;
6 zeigt den Luftstrom beim
Betrieb des Axialschraubengebläses
nach der ersten Ausführungsform
der Erfindung;
7 zeigt eine Projektion
einer zweiten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Axialschraubengebläses auf
einer Ebene senkrecht zur Drehachse;
8 zeigt eine Projektion
einer dritten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Axialschraubengebläses auf
einer Ebene senkrecht zur Drehachse und illustriert ein Beispiel
eines Verfahrens zur Definition des Verlaufs einer Führungskantenkontur 3;
9 zeigt einen Vergleich
von Radialverteilungen des Führungskantenkippwinkels θ1 des Bogensehnenabstandsverhältnisses σ und der
Tangente des Einstellwinkels ξ zwischen
der dritten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Axialschraubengebläses und
einem Axialschraubengebläse
herkömmlicher
Art;
10 zeigt einen Vergleich
zwischen der Effizienz der dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Axialschraubengebläses mit
der Effizienz eines Axialschraubengebläses herkömmlicher Art;
11 zeigt den Geräuschreduktionseffekt der
dritten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Axialschraubengebläses verglichen
mit einem Axialschraubengebläse
herkömmlicher
Art;
12 zeigt einen Schnitt durch
den Aufbau eines Axialschraubengebläsegehäuses;
13 zeigt einen Schnitt durch
ein Axialschraubengebläse
nach einer fünften
Ausführungsform,
geschnitten durch eine Ebene senkrecht zur Drehachse;
14 zeigt einen Vergleich
zwischen der maximalen Blattdicke t des Axialschraubengebläses nach
der fünften
Ausführungsform
mit der maximalen Blattdicke t eines Axialschraubengebläses herkömmlicher
Art;
15 zeigt die Innenseite
eines Vorrichtungsgehäuses
mit dem Axialschraubengebläse nach
einer der Ausführungsformen
1 bis 5, welches mit der Vorrichtung zusammen angeordnet ist;
16 zeigt eine räumliche
Anordnung eines Axialschraubengebläses nach einer der Ausführungsformen
1 bis 5 im Verhältnis
zu einem sich aufheizenden Körper,
der an der Auslassseite des Gebläses
angeordnet ist; und
17 zeigt den Aufbau einer
Kühlvorrichtung
mit einem Gebläse
zum direkten Kühlen
des Hochtemperaturelements durch Zusammenbau der Kühlvorrichtung
mit dem Gebläse.
BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im
Folgenden wird das Axialschraubengebläse nach der vorliegenden Erfindung
und Ausführungsformen
eines Verfahrens zur Verwendung des axialen Schraubengebläses mit
Bezug auf die 1 bis 17 beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Projektion eines
Axialschraubengebläses
nach einer ersten Ausführungsform projiziert
auf eine Ebene senkrecht zur Drehachse.
Bei
dem Axialschraubengebläse
nach der ersten Ausführungsform
sind eine Mehrzahl von Blättern 1 auf
der Nabe 2 befestigt. Die Form des Blattes 1 ist
bestimmt durch eine Führungskantenkontur 3a, eine
Hinterkantenkontur 4a, einer Spitzenkontur 11 und
einer Nabenkontur 12. Das Axialschraubengebläse wird
in Richtung des Pfeils 13 gedreht. Eine Saugoberfläche 6 liegt
auf der Rückseite
der Ebene der Figur und eine Druckoberfläche 7 liegt auf der oberen
Seite der Ebene der Figur.
2 umfasst einen Expansionsplan,
der erhalten wird durch Schneiden eines Blattes mit einer Zylinderfläche beliebigen
Radius und Expandieren des Schnittes in eine zweidimensionale Ebene
sowie Schnittansichten, die Schnitte im Narbenbereich zeigen, den
Radius Ra mit dem maximalen Einstellwinkel und den Spitzenbereich.
Die
Führungskante
A ist ein Schnittpunkt zwischen der Führungskantenkontur 3 mit
der Zylinderoberfläche
in 1 und die rückwärtige Kante
B ist ein Schnittpunkt zwischen der rückwärtigen Kantenkontur 4 mit
der Zylinderoberfläche.
Der zylindrische Expansionsplan nach 2 zeigt
eine Saugoberfläche 6,
eine Druckoberfläche 7,
Bogensehnenlinie 8, um die Führungskante A mit der rückwärtigen Kante
B zu verbinden, und eine gekrümmte
Linie 9. Die Länge
der Bogensehnenlinie 8 ist definiert als L und der Winkel
zwischen der Bogensehnenlinie 8 und einer Linie, die durch
die rückwärtige Kante
B auf einer Ebene senkrecht zur Drehachse verläuft, ist definiert als der
Einstellwinkel ξ.
2 zeigt die gekrümmte Linie 9 und
die Bogensehnenlinie 9 bei einem f-f-Schnitt (in der Nähe des Spitzenbereichs),
gezeigt in 1, einen g-g-Schnitt
(auf der Höhe
des Radius mit dem maximalen Einstellwinkel), und einen h-h-Schnitt
(in der Nähe
des Nabenbereichs). Indizes t, h und max bezeichnen den Spitzenbereich,
den Nabenbereich und den Bereich mit maximalem Einstellwinkel.
Die
Entwicklung nach 2 zeigt
ein sog. Blattprofil. Allgemein gesagt, hat das Blattprofil den Effekt,
dass Luft in Richtung eines Pfeils 600 strömt und ein
Angriffswinkel αA
wird durch die Bogensehnenlinie 8 gebildet, so dass ein
Ansteigen erhalten wird. Das Ansteigen, welches durch das Blattprofil
erhalten wird, wird im Wesentlichen direkt korreliert mit dem Angriffswinkel αA erhöht und sinkt
schnell, wenn der Angriffswinkel einen spezifischen Wert erreicht. Der
Angriffswinkel wird in diesem Fall als ein Abrisswinkel bezeichnet.
Der
Abrisswinkel und die Charakteristik des erhaltenen Aufsteigens hängt von
der Art des Blattprofils ab, mit anderen Worten der Verteilung der Blattdicke,
der Krümmungslinie
und Ähnlichem.
Die Form des axialen Schraubengebläses, das dieses Blattprofil
verwendet, muss konstruiert sein innerhalb eines effektiven Angriffswinkels αA unter Berücksichtigung
des Abrisswinkels und detaillierte Daten und Konstruktionsmethoden
sind bereits vorgeschlagen worden (siehe das Nicht-Patentdokument
1).
3 ist eine perspektivische
Ansicht einer Anordnung einer Schraube des Axialschraubengebläses mit
einem Gebläsegehäuse nach
dem ersten Ausführungsbeispiel.
In 3 ist die Nabe 2 auf
einem Motor befestigt, der in einem Motorgehäuse 15 angeordnet
ist. Das Motorgehäuse 15 ist
an dem Gebläsegehäuse 5 durch
Speichen 14 befestigt. Der Durchmesser der Nabe beträgt ungefähr 50 %
des Außendurchmessers
der Schraube.
3 zeigt drei Speichen und
fünf Blätter 1. Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Das
Gebläsegehäuse 5 ist
zylinderförmig
und Flanken und/oder Rippen können
hinzugefügt
werden, so dass das Gebläse
an einer Vorrichtung angebaut werden kann.
In
der ersten Ausführungsform
haben der Radius an der Spitze Aa mit der Führungskantenkontur 3a,
die in Einströmrichtung
vorsteht, und der Radius mit dem maximalen Einstellwinkel ξ den gleichen Wert
Ra.
Wie
im Stand der Technik beschrieben, sind Axialschraubengebläse konstruiert
worden mit einem Schema, bei dem mehr Förderleistung im Spitzenbereich
erfolgt.
Auf
der anderen Seite wird nach der vorliegenden Erfindung mehr Leistung
durch einen Mittelbereich des Blattes bewirkt, während die Leistung im Spitzenbereich
reduziert ist.
Nachdem
der Mittenbereich des Blattes kaum durch die Nabe, das Spitzenspiel,
das Gebläsegehäuse oder Ähnliches
beeinflusst wird, ist der absolute Verlust durch den Spitzenbereich
reduziert, verglichen mit dem bekannter Konstruktionsschemen, bei
denen mehr Förderleistung
durch den Spitzenbereich bewirkt wird.
Um
eine hohe Effizienz zu erzielen ist, wie in 2 gezeigt, der Einstellwinkel ξ bei einem
Radius von 60–80
% des Außendurchmessers
der Schraube maximiert, um eine große Leistung auszuhalten, das heißt, eine
große
Durchsatzhöhe.
Dass
der Einstellwinkel ξ groß ist, bedeutet, dass
der Angriffswinkel αA
groß ist,
wenn die Flussrate gering ist. Obwohl eine große Durchsatzhöhe erzielt
werden kann, ist der Angriffswinkel nahe dem obigen Abrisswinkel
gebracht und der Fluss kann separiert werden.
Daher
ist bei der vorliegenden Erfindung, wie in den 1 und 2 gezeigt,
der Abriss unterdrückt, indem
der Radius auf der Höhe
der vorstehenden Spitze Aa und der Radius bei dem maximalen Einstellwinkel
im Wesentlichen den gleichen Wert Ra aufweisen.
4 zeigt eine schräge perspektivische Ansicht
der Schraube des Axialschraubengebläses nach der ersten Ausführungsform
der Erfindung in drehendem Zustand von dem oberen Bereich der Ansaugsei te
aus gesehen, um den Effekt des Vermeidens eines Abrisses zu erläutern.
Das
Blatt 1 wird in Richtung des Pfeils 18 gedreht,
wobei die Spitze Aa von vorderster stromauf gelegener Stelle in
der Einströmrichtung
liegt.
Die
Führungskantenkontur 3 hat
die Form eines Dreiecksflügels,
wenn man sie in eine Spitzenseitenkontur 3c und eine Nabenseitenkontur 3d aufteilt,
wobei der Punkt Aa eine Spitze ist. Mit anderen Worten, das Blatt 1 befindet
sich in einem ähnlichem Zustand
zu dem, in dem ein Dreiecksflügel
in einem gleichförmigen
Strom angeordnet ist.
Bei
geringer Flussrate ist der Angriffswinkel αA ferner am Radius Ra vergrößert und
erreicht den Abrisswinkel. Der Fluss wird dennoch durch die Führungskante
verdreht und erreicht die Ansaugoberfläche 6 über eine
Spirale 17, die an der Spitzenseitenkontur 3c und
an der Nabenseitenkontur 3d erzeugt wird.
Dieses
Phänomen
ist ein Effekt ähnlich
dem, der bei einem Deltaflügel-Flugzeug
auftritt, welches stabil mit einem großen Angriffswinkel bei geringer Geschwindigkeit
fliegen kann. Dementsprechend erfolgt die größte Leistung am Radius Ra ohne
jeden Abriss und eine hohe Effizienz und ein niedriger Geräuschpegel
können
effektiv in dem Niedrigströmungsgebiet
realisiert werden.
Bei
dem bekannten Axialschraubengebläse ist
der Angriffswinkel αA
exzessiv groß im
Niedrigströmungsratenbereich
und der Angriffswinkel erreicht den Abrisswinkel, so dass die Durchsatzhöhe reduziert
ist und der Druck abfällt,
was zu unstabilen Eigenschaften führt.
Bei
der ersten Ausführungsform
ist der Abriss durch den Effekt des Dreiecksflügels unterdrückt und
unstabile Eigenschaften können
reduziert werden.
5 zeigt einen Vergleich
der Eigenschaften des Axialschraubengebläses nach der ersten Ausführungsform
mit den Eigenschaften eines bekannten Axialschraubengebläses. Das
Axialschraubengebläse
nach der ersten Ausführungsform
kann einen Druckabfall verhindern, der in dem Zustand niedriger
Strömung 500 auftritt.
6 zeigt den Strömungsfluss,
wenn der axiale Strömungsfluss
nach der ersten Ausführungsform
erfolgt.
Bei
einem Axialschraubengebläse,
das so konstruiert ist, dass eine große Förderleistung durch den Mittenbereich
des Blattes erzeugt wird, wie in der ersten Ausführungsform gezeigt, wird die
angesaugte Strömung
leicht nach außen
in Radialrichtung umgelenkt. Wenn der Aufbau nach der ersten Ausführungsform
verwendet wird, ist die Förderleistung
(der Druck) im Spitzenbereich reduziert und es tritt ein Druckgradient 300 auf.
Die
Strömung 100 strömt auf der
Ansaugseite parallel zur Rotationsachse 16 ein und wird
durch die Drehung der Blätter 1 innerhalb
des Gebläsegehäuses 5 verstärkt und
nach außen
in Radialrichtung durch den Druckgradienten 300 umgelenkt
und fließt auf
der Ausgangsseite in Richtung einer Strömung 200.
Daher
verbleibt Luft in dem Bereich 400 auf der Auslassseite.
Der
Radius Ra ist vorzugsweise identisch dem der ersten Ausführungsform.
Er kann jedoch leicht davon abweichen aus Konstruktionsgründen und
Fertigungstoleranzen. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung tritt
auf, solange der Radius Ra zwischen 60 und 80 % des Außendurchmessers
der Schraube beträgt.
Zweite Ausführungsform
7 ist eine Projektion eines
Axialschraubengebläses
nach einer zweiten Ausführungsform, projiziert
auf eine Ebene senkrecht zur Drehachse. Das Bogensehnenabstandsverhältnis σ, welches
das Verhältnis
der Bogensehnenlänge
L am Radius R, wie in 2 gezeigt,
zu dem Abstand T des Umfangs am Radius R, dividiert durch die Anzahl
der Blätter
Z (= 2πR/Z)
ist definiert als σ =
L/T.
In
dem zweiten Ausführungsbeispiel
haben der Radius, bei dem das Bogensehnenabstandsverhältnis σ in 7 maximal ist, und der Radius,
bei dem der Einstellwinkel in 2 maximal
ist, im Wesentlichen den gleichen Wert Rb.
Allgemein
wird der Bereich des Angriffswinkels αA, den das Blattprofil annehmen
kann, groß, wenn
das Bogensehnenabstandsverhältnis σ groß ist (siehe
zum Beispiel das Nichtpatent-Literaturdokument 1, S. 379). Daher
ergibt sich bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein effizienter
Betrieb des Axialschraubengebläses,
wenn der Angriffswinkel αA groß ist.
Ferner
ist der Radius Rb vorzugsweise identisch mit dem der zweiten Ausführungsform.
Er kann jedoch leicht abweichen aus konstruktiven Gründen oder
Herstellungstoleranzen. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung tritt
ein, solange der Radius Rb zwischen 60 % und 80 % des Außendurchmessers der
Schraube beträgt.
Dritte Ausführungsform
8 ist eine Projektion eines
Axialschraubengebläses
nach eine dritten Ausführungsform,
projiziert auf eine Ebene senkrecht zur Rotationsachse und erläutert ein
Beispiel für
ein Verfahren zur Bestimmung der Form der Kontur der Führungskante 3.
Das
Axialschraubengebläse
nach der dritten Ausführungsform
ist eine Kombination aus der ersten Ausführungsform mit der zweiten
Ausführungsform.
In 8 ist der Vorwärtspfeilungswinkel θ1 der Führungskante
definiert als ein Winkel, der gebildet wird aus der Linie Xc, die
den Mittelpunkt Ch des Nabenumfangs 12 in dem Schnittpunkt
des Hubbereichs durch die Zylinderoberfläche mit dem Radius Rh bis zum
Ursprung 0 und der Linie X1, die die Führungskante A an einem Zylinderbereich
bei einem beliebigen Radius R mit dem Ursprung 0 verbindet.
9 zeigt einen Vergleich
der Radialverteilung der Führungskanten
der Vorwärtspfeilungswinkel θ1, des Bogensehnenabstandsverhältnisses σ und der
Tangente des Einstellwinkels ξ zwischen dem
axialen Schraubengebläse
nach dem dritten Ausführungsbeispiel
und einem Axialschraubengebläse
bekannter Art. Der Index t bezeichnet den Spitzenbereich und in 9 sind diese Werte unskaliert im
Spitzenbereich gezeigt.
In 9 sind der Radius mit einem
Maximum θ1, σ und Tangens ξ im dritten
Ausführungsbeispiel
in dem Bereich 23 im Wesentlichen gleich, während der
Radius bei einem bekannten Axialschraubengebläse monoton ansteigt oder monoton
absinkt.
Der
kleinere Bereich 23 wird bevorzugt. Der Vorteil der vorliegenden
Erfindung kann ausreichend erhalten werden, wenn der Bereich der dritten
Ausführungsform
verfügbar
ist. Der ideale Bereich 23 ist jedoch 60–80 % des
Außendurchmessers
der Schraube.
10 zeigt einen Vergleich
der Effizienz des Axialschraubengebläses nach der dritten Ausführungsform
mit der Effizienz eines Axialschraubengebläses bekannter Konstruktion.
10 zeigt eine Mehrzahl von
Beispielen 1 bis 3, bei denen diese Ausführungsform verwendet wurde
und die ausgedrückt
sind durch das Verhältnis der
höchsten
statischen Druckeffizienz bei experimentell erhaltenen Anwendungen
nach der vorliegenden Erfindung und der höchsten statischen Druckeffizienz
bei einem bekannten Axialschraubengebläse. Die Effizienz bei der Anwendung
der vorliegenden Erfindung liegt höher als die bei Axialschraubengebläsen nach
dem Stand der Technik.
11 zeigt den Geräuschreduktionseffekt des
Axialschraubengebläses
nach der dritten Ausführungsform,
verglichen mit einem Axialschraubengebläse bekannten Designs. 11 zeigt die Differenz zwischen
dem experimental erhaltenen Geräuschpegel
eines Beispiels eines Axialschraubengebläses nach dem Stand der Technik
und dem bei einem erfindungsgemäßen Axialschraubengebläse. Der
Geräuschpegel
ist ein experimenteller Wert am höchsten statischen Druckeffizienzpunkt
und wurde berechnet nach Umwandlung in den spezifischen Geräuschpegel.
Wie in 11 gezeigt, ist
der Geräuschpegel
bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung gegenüber dem
Stand der Technik reduziert.
Vierte Ausführungsform
12 zeigt einen Querschnitt
durch den Aufbau eines Axialschraubengebläsegehäuses, geschnitten durch die
Ebene, die die Rotationsachse einschließt. In 12 ist ein Luftauslass auf der Auslassseite des
Gebläsegehäuses 5 gebildet
aus einer konischen Oberfläche 10,
die mit einem sich aufweitenden Öffnungsende
in Verbindung steht. Die konische Oberfläche 10 ist bei einem
Winkel θ0
bezüglich einer
Linie parallel zur Rotationsachse ausgeformt.
In 6, welche die erste Ausführungsform zeigt,
ist der Fluss auf der Auslassseite in Radialrichtung nach außen gebogen
durch die Balance zwischen dem Druckgradienten und dem Fluss. Bei
der vierten Ausführungsform
ist die konische Oberfläche 10 entlang
des gebogenen Flusses geformt.
Die
Strömung 700 in 12 fließt unter einem Winkel θ0 entlang
der konischen Oberfläche 10 aus,
ohne mit dem Gebläsegehäuse zu kollidieren. Als
ein Ergebnis werden Verluste aufgrund der Kollision der Strömung 700 mit
dem Gebläsegehäuse reduziert.
Ferner ist der Innendurchmesser des Gebläsegehäuses von DV1 auf DV2 vergrößert und
die Komponente der axialen Strömungsgeschwindigkeit parallel
zur Rotationsachse ist reduziert.
Allgemein
gesagt ist der Verlust der abgeführten
Luftmenge am Öffnungsende
in einen freien Raum (der sog. Austrittsverlust) proportional zum Quadrat
von Cm. Daher hat die vierte Ausführungsform den Effekt, Austrittsverluste
zu reduzieren.
Hier
ist der Luftaustritt gebildet durch die konische Oberfläche 10.
Es besteht jedoch keine Beschränkung
auf die konische Oberfläche,
solange, wie die Oberfläche
die Strömung 700 nicht
verwirbelt.
Fünfte Ausführungsform
13 zeigt einen Querschnitt
eines Axialschraubengebläses
nach einer fünften
Ausführungsform,
geschnitten in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse. Nachdem
die Blätter 1 in
einer Richtung eines Pfeils 24 gedreht sind, bildet die
rechte Seite der Figurenebene die Druckoberfläche 7 und die linke
Seite zeigt die Ansaugoberfläche 6.
Ein
adäquates
Spitzenspiel h ist zwischen der Blattendfläche 27 des Blattes 1 und
der inneren Oberfläche 28 des
Gebläsegehäuses 5 sichergestellt,
so dass die Blätter 1 gedreht
werden können.
14 zeigt einen Vergleich
zwischen der maximalen Blattdicke t (siehe 2) des axialen Schraubengebläses nach
der fünften
Ausführungsform
mit einer maximalen Blattdicke t eines Axialschraubengebläses bekannten
Designs.
Die
Dicke t des bekannten Axialschraubengebläses war konstant. Demgegenüber ist
in der fünften
Ausführungsform
die Dicke tt vom Radius des Spitzenbereichs Rt größer als
die Dicke th am Radius Rh im Nabenbereich.
Wenn
die Blätter 1 gedreht
werden, stellt sich eine Druckdifferenz ein zwischen der Druckoberfläche 7 und
der Saugoberfläche 6 und
die mit dem Pfeil 25 dargestellte Strömung wird in dem Spitzenspiel
h gebildet.
Allgemein
gesagt ist bei bekannten Konstruktionen das Verhältnis der Überdeckungsrate des Strömungsdurchgangs
durch die Blätter
kleiner und der Anstieg in der Strömungsgeschwindigkeit ist kleiner,
da die maximale Blattdicke t kleiner ist. Dies wurde berücksichtigt,
so dass der Strömungsdurchgangsverlust
klein ist und die Effizienz erhöht
wird.
Andererseits
ist bei der vorliegenden Erfindung die Dicke tt am Radius Rt vergrößert und
die durch den Pfeil 25 angezeigte Strömung ist reduziert.
Ein
Teil der Verluste und des Geräuschs, welche
im Spitzenbereich auftreten, sind durch die Strömung hervorgerufen, die mit
dem Pfeil 25 gekennzeichnet ist und eine Reduzierung dieser
Werte trägt
zur hohen Effizienz und zu einem geringen Geräuschpegel bei.
Sechste Ausführungsform
15 zeigt das Innere eines
Vorrichtungsgehäuses
mit dem Axialschraubengebläse
nach einer der Ausführungsformen
1 bis 5, welches mit dem Gerät
verbaut ist.
Ein
Axialschraubengebläse 31 ist
auf einer Oberfläche
des Gehäuses 30 installiert
und ein Einlass 32 ist in der Oberfläche auf der gegenüberliegenden
Seite ausgebildet. Das Axialschraubengebläse 31 ist so installiert,
dass ein Gebläseeinlass 36 innerhalb
des Gehäuses 30 angeordnet
ist und ein Gebläseauslass 35 außerhalb
des Gehäuses 30 angeordnet
ist. Ein sich aufheizender Körper 29,
wie eine Schaltkreisplatine ist innerhalb des Gehäuses 30 angeordnet.
Bei
dieser sechsten Ausführungsform
wird das Axialschraubengebläse 31 dazu
verwendet, den sich aufheizenden Körper 29 abzukühlen. Luft
wird in das Gehäuse 30 eingeführt, wie
durch den Pfeil 37 angezeigt, ausgehend von dem Einlass 32 und
durch den sich aufheizenden Körper 29 geführt, wie
mit dem Pfeil 34 gezeigt, um den sich aufheizenden Körper 29 zu
kühlen.
Die
Luft wird nach dem Abkühlen
des sich aufheizenden Körpers 29 von
dem Gebläseeinlass 36 in
das axiale Schraubengebläse 31 gesaugt
und durch eine Schraube (nicht gezeigt) beschleunigt und von dem
Gebläseauslass 35 in
die Atmosphäre
abgeführt.
Strömungsdurchgangsverluste
treten auf, wenn Luft durch den Einlass 32 und den sich
aufheizenden Körper 29 in
dem Gehäuse 30 passiert.
Das Axialschraubengebläse 31 wird
mit einer Durchflussrate betrieben, die einen Druck erzeugt, der
die Strömungsdurchgangsverluste überwindet.
Wie
in 6 des ersten Ausführungsbeispiels
und 12 der dritten Ausführungsform
gezeigt, ist der von dem Axialschraubengebläse nach der vorliegenden Erfindung
ausgestoßene
Luftstrom leicht in Zentrifugalrichtung, wie mit dem Pfeil 33 gezeigt,
umgelenkt. Der Fluss am Gebläseeinlass 36 ist jedoch
im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse.
Daher
wird, wie in der sechsten Ausführungsform
gezeigt, wenn ein zu kühlendes
Objekt auf der Gebläseeinlassseite 36 platziert
ist, ein hoher Kühleffekt
erreicht und es kann ein Gerät
mit hoher Effizienz und niedrigem Geräuschpegel mit dem Axialschraubengebläse, welches
mit dem Gerät
verbaut ist, erreicht werden.
Siebte Ausführungsform
16 zeigt die räumlichen
Verhältnisse zwischen
dem Axialschraubengebläse
nach einer der Ausführungsformen
1 bis 5 und dem sich aufheizenden Körper, angeordnet auf der Auslassseite
des Gebläses.
Ein
Axialschraubengebläse 38 ist
an der Wand 39 des Gehäuses
befestigt. Ein sich aufheizender Körper 40 liegt vor
dem Spitzenbereichradius Rt des Axialschraubengebläses 38.
Wie
in 6 des ersten Ausführungsbeispiels
und in 12 des dritten
Ausführungsbeispiels
gezeigt, ist der von dem Axialschraubengebläse nach der vorliegenden Erfindung
abgegebene Fluss leicht in Zentrifugalrichtung umgelenkt, wie mit einem
Pfeil 43 gezeigt. Daher strömen die Flüsse 41 und 42 sanft
auf den sich aufheizenden Körper 40 zu und
um ihn herum, wenn man den sich aufheizenden Kör per 40 wie in 16 anordnet, und ein ausreichender
Kühlungseffekt
kann erhalten werden.
Achte Ausführungsform
17 zeigt den Aufbau einer
Kühlvorrichtung
mit einem Gebläse,
um unmittelbar ein Hochtemperaturheizelement zu kühlen durch
Integration des Gebläses
in der Kühlvorrichtung.
Ein
Heizelement 47 ist an einer gedruckten Schaltungsplatine 48 befestigt.
Eine Kühlvorrichtung 45 ist
in Kontakt mit dem Heizelement 47 über ein Wärmeverbindungsglied 46.
Ein Axialschraubengebläse 44 nach
der vorliegenden Erfindung ist auf der Kühlvorrichtung 45 angeordnet.
Die Hitze von dem Heizelement 47 wird auf das Hitzeverbindungsglied 46 übertragen
und erreicht die Kühlvorrichtung 45. Die
Kühlvorrichtung 45 ist
vor dem Spitzenradius Rt an der Auslassseite des Axialschraubengebläses 44 angeordnet.
Eine Mehrzahl von Kühlvorrichtungen 45 können mit
einem Abstand zwischen ihnen oder einzeln integriert in die Kühlvorrichtung
vorgesehen sein.
Wie
in 6 des ersten Ausführungsbeispiels
gezeigt und in 12 des
dritten Ausführungsbeispiels
ist die Strömung,
die von dem Axialschraubengebläse
nach der vorliegenden Erfindung ausgelassen wird, leicht in Zentrifugalrichtung,
wie durch den Pfeil 49 gezeigt, umgelenkt. Indem das Hochtemperaturheizelement,
wie in 17 gezeigt ist,
angeordnet wird, ist die Strömung
ausreichend in der Kühlvorrichtung 45 verteilt,
um die Hitze aufzunehmen.
Ein
hoher Heizeffekt kann erhalten werden durch Verbesserung der Anordnung
des Axialschraubengebläses
und/oder des sich aufheizenden Körpers,
selbst wenn ein zu kühlendes
Objekt auf der Gebläseauslassseite
angeordnet ist, wie die Kühlvorrichtung
mit Axialschraubengebläse
nach der achten Ausführungsform,
und Vorrich tungen hoher Effizienz und geringen Geräuschpegels
mit dem Axialschraubengebläse
zusammen verbaut, können
realisiert werden.