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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Gebläseeinheit (blower unit) mit
Gebläse
mit Axialströmungslüftern bzw.
Axialgebläserädern (axial
flow fans) und einer Lüfterverkleidung.
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Für eine Gebläseeinheit,
die Kühlluft
einem Wärmeaustauscher,
beispielsweise einen an einem Fahrzeug angebrachten Radiator, liefert,
wird ein Axialgebläse(rad)
verwendet, wie es in der nicht geprüften Japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2002-310097 offenbart ist. In einem Axialgebläse(rad)
jedoch wird eine axiale Strömungskomponente
leicht aufgrund des Verlustes an kinetischem Druck der Drehströmungskomponenten
hervorgerufen durch Rotation reduziert. Dies führt zu einer Abnahme in der
Gebläse-
oder Lüfterleistung
bzw. dem diesbezüglichen
Wirkungsgrad.
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Unter
den oben genannten Gegebenheiten wird untersucht, ein gegenläufig rotierendes
Gebläse als
Lüfter
zu verwenden, um zu veranlassen, dass die Luft durch einen Wärmeaustauscher
für ein
Fahrzeug strömt.
Das gegenläufig
rotierende Gebläse umfasst
zwei Axialströmungsgebläse(räder), die
einander gegenüber
angeordnet sind. Die beiden Axiallüfter drehen in entgegengesetzten
Richtungen und erzeugen eine Luftströmung. Die an einem Auslass eines
Axialgebläse(rads)
erzeugten Drehströmungskomponenten
werden durch die Gegenrotation des anderen Axialgebläse(rads)
aufgehoben, damit wird kinetischer Druck der Drehströmungskomponenten als
statischer Druck erhalten bzw. „gesammelt". Damit wird die Effizienz des Lüfters verbessert.
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Um
ein Gebläse
in einem Fahrzeug anzubringen, wird beispielsweise eine Lüfterverkleidung zum
Halten des Gebläses
und zur Bildung eines Luftkanals von einem Wärmeaustauscher zum Gebläse verwendet.
Im Allgemeinen hat das Gebläse
einen Umriss, der unterschiedlich zu dem des Wärmeaustauschers ist. Im Übrigen umfasst die
Lüfterverkleidung
ein Luftführungsteil
(beispielsweise einen sich verengenden Teil, einen sich erweiternden
Teil), der einen Durchgangsbereich des Luftkanals variiert. Wenn
das gegenläufig
rotierende Gebläse
bei der Lüfterverkleidung
eingesetzt wird, ist es wahrscheinlich, dass die Drehströmungskomponenten
in übermäßigem Maße erzeugt
werden (besonders an einem Endteil), und zwar aufgrund des Luftführungsteils,
was zu einem Abfall in der Luftgebläseleistung führt.
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf Vorstehendes gemacht,
und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Gebläseeinheit
zur Verfügung
zu stellen, die über
ein gegenläufig
rotierendes Gebläse
und eine Lüfterverkleidung
mit einem Luftführungsteil
verfügt,
der in der Lage ist, den Luftblaswirkungsgrad zu verbessern.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine Gebläseeinheit, die veranlasst,
dass Luft durch einen Wärmeaustauscher
tritt, um den Wärmeaustausch
zwischen der Luft und einem Wärmemedium
bzw. Wärmeträger vorzunehmen,
ein gegenläufig
rotierendes Gebläse
und eine Lüfterverkleidung,
die das gegenläufig
rotierende Gebläse
hält. Das
gegenläufig
rotierende Gebläse
bzw. der diesbezügliche
Lüfter
umfasst ein erstes Axialgebläse(rad) und
ein zweites Axialgebläse(rad),
das hinter dem ersten Axialgebläse(rad)
bezogen auf die Luftströmung
angeordnet ist. Das erste Axialgebläse(rad) und das zweite Axialgebläse(rad)
sind koaxial und in entgegengesetzten Richtungen drehbar anzuordnen. Die
Lüfterverkleidung
ist hinter dem Wärmeaustauscher,
in Luftströmungsrichtung
gesehen, angeordnet. Die Lüfterverkleidung
umfasst einen Luftführungsteil
an einem Ort vor dem gegenläufig
rotierenden Gebläse,
bezogen auf die Luftströmung,
zur Bildung eines Luftkanals vom Wärmeaustauscher gegen das gegenläufig rotierende
Gebläse.
Das gegenläufig
rotierende Gebläse
ist so konfiguriert, dass ein Verhältnis der „Arbeitslast" bzw. des Lastprofils
des zweiten Axialgebläse(rads)
zum ersten Axialgebläse(rad)
kleiner als 1 ist.
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Somit
wird der Blaswirkungsgrad (blowing efficiency) der Gebläseeinheit
verbessert. Hier wird die „Arbeitslast" (workload) bzw.
das Lastprofil oder die Belastung jedes Axialgebläse(rads)
definiert durch die Multiplikation des Luftvolumens mit dem Winddruck.
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Andere
Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden klarer
aus der folgenden detaillierten Beschreibung, in der auf die beiliegenden
Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen ähnliche Teile durch ähnliche
Bezugszahlen bezeichnet sind und in denen:
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1 ein
schematischer Schnitt einer Gebläse-
oder Lüftereinheit
mit einem gegenläufig
rotierenden Gebläse
nach einer Ausführungsform
der Erfindung ist;
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2 ist
eine perspektivische Darstellung des gegenläufigen Gebläses mit einem anströmseitigen
Axialgebläse(rad)
und einem abströmseitigen Axialgebläse(rad)
gemäß der Ausführungsform;
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3A ist
ein Querschnitt längs
der Linie IIIA-IIIA in 2;
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3B ist
ein Querschnitt längs
der Linie IIIB-IIIB in 2; und
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4 ist
eine graphische Darstellung, die das Verhältnis zwischen einem Verhältnis der „Arbeitslast" bzw. Leistung (workload)
des abströmseitigen
Axialgebläse(rads)
zum anströmseitigen
Axialgebläse(rad)
und dem Wirkungsgrad oder dem Ausnutzungsgrad (efficiency) des gegenläufigen Gebläses gemäß der Ausführungsform
zeigt.
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Eine
Ausführungsform
soll nun mit Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben
werden. Bei dieser Ausführungsform
wird eine Gebläseeinheit
beispielsweise verwendet, um Luft zu veranlassen, durch Wärmeaustauscher
wie einen Radiator/Kühler
und einen Kondensator, die an einem Fahrzeug montiert sind, zu strömen bzw.
zu gehen.
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Gemäß 1 verfügt die Gebläse- bzw.
Lüftereinheit über ein
gegenläufiges
Gebläse 3,
um Luft zu veranlassen, durch einen Radiator 1 und einen Kondensator 2 zu
strömen
sowie eine Lüfterverkleidung 4,
um das gegenläufige
Gebläse 3 (im
Folgenden einfach als Gebläse
bezeichnet) zu halten und einen Luftdurchlassraum vom Radiator 1 zum
Gebläse 3 zur
Führung
von Luft zu schaffen, die durch das Gebläse 3 veranlasst wird,
durch den Kondensator 2 und den Radiator 1 zu
strömen.
Das Gebläse 3 und die
Lüfterverkleidung 4 sind
hinter dem Kondensator 2 und dem Radiator 1 bezogen
auf eine Strömung der
Luft angeordnet, das heißt,
auf einer Rückseite des
Kondensators 2 und des Radiators 1 in einem Fahrzeug.
Das Gebläse
oder der Lüfter 3 wird
in der Lüfterverkleidung 4 gehalten.
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Der
Radiator 1 führt
den Wärmeaustausch zwischen
der Luft und einem Kühlwasser
eines nicht dargestellten Motors (Brennkraftmaschine) des Fahrzeugs
aus, um hierdurch das Kühlwasser
zu kühlen. Der
Kondensator 2 nimmt den Wärmeaustausch zwischen der Luft
und einem Kühlmittel
vor, das durch einen nicht dargestellten Kühlkreislauf für eine Fahrzeugklimaanlage
zirkuliert, um hierdurch das Kühlmittel
zu kühlen.
Der Kondensator 2 ist vor dem Radiator 1 bezogen
auf die Luftströmungsrichtung,
das heißt,
vor dem Radiator 1, angeordnet. Hier sind der Radiator 1 und
der Kondensator 2 auch als ein erster Wärmeaustauscher 1 bzw.
ein zweiter Wärmeaustauscher 2 aufgelistet.
Das Kühlwasser
und das Kühlmittel
dienen als Heizmedien. Auch der zweite Wärmeaustauscher 2 ist
nicht auf den Kondensator 2 beschränkt.
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Nach
den 1 und 2 umfasst das Gebläse bzw.
der Lüfter 3 ein
anströmseitiges
Axialgebläse(rad)
(erstes Axialgebläse(rad)) 31 und
ein abströmseitiges
Axialgebläse(rad)
(zweites Axialgebläse(rad)) 32.
Das anströmseitige
Axialgebläse(rad) 31 ist
vor dem abströmseitigen
Axialgebläse(rad) 32 in Luftströmungsrichtung
gesehen angeordnet. Das anströmseitige
Axialgebläse(rad) 31 sowie
das abströmseitige
Axialgebläse(rad) 32 sind
in Reihe und koaxial angeordnet. Eine Drehwelle 310 des
anströmseitigen
Axialgebläse(rads) 310 ist
nämlich
bezüglich
einer Drehwelle 320 des abströmseitigen Axialgebläse(rads) 320 ausgerichtet.
Hier sind die Lüfter oder
Gebläse 31, 32 Axialströmungsgebläse (siehe beispielsweise
JIS B 0132 Nr. 1010).
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Das
anströmseitige
Axialgebläse(rad) 31 umfasst
ein erstes Impellerrad 31a und einen ersten Motor 31b zum
Drehantrieb des ersten Impellerrades 31a. Der erste Impeller 31a umfasst
einen Nabenteil 31c (boss portion) und eine Vielzahl von
Blättern 31d,
die radial vom Nabelteil 31c abgehen. In ähnlicher
Weise umfasst das abströmseitige
Axialgebläse(rad) 32 einen
zweiten Impeller 32a und einen zweiten Motor 32b,
um den zweiten Impeller 32a in Drehung zu versetzen. Der
zweite Impeller 32a umfasst einen Nabenteil 32c und
eine Vielzahl von Blättern 32d,
die radial vom Nabenteil 32c abgehen.
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Das
anströmseitige
Axialgebläse(rad) 31 und
das abströmseitige
Axialgebläse(rad) 32 sind
so konfiguriert, dass sie sich in entgegengesetzten Richtungen drehen,
induzieren jedoch die Luftströmung
in der gleichen Richtung. Hierdurch werden die Drehströmungskomponenten,
die an einem Auslass des anströmseitigen
Axialgebläse(rads) 31 in
einer Umfangsrichtung erzeugt werden, durch gegenläufige Drehung des
abströmseitigen
Axialgebläse(rads) 32 aufgehoben.
Somit wird am Auslass des anströmseitigen
Axialgebläse(rads) 31 erzeugter
kinetischer Druck als statischer Druck aufgenommen bzw. „gesammelt". Somit erzeugt das
gegenläufige
Gebläse 3 einen
mehrstatischen Druck als allgemeine Axialgebläse(räder), die in Reihe angeordnet
sind. Das den Wärmeaustauschern 1, 2 zugeführte Luftvolumen nimmt
also zu.
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Nach 1 umfasst
die Lüfterverkleidung 4 einen
Ringteil 41 mit einer zylindrischen Gestalt oder Ringgestalt
und einen Wandteil 42, der glatt eine Rückseite des Radiators 1 und
den Ringteil 41 verbindet und einen Luftdurchgangs- oder
Kanalraum zwischen dem Radiator 1 und dem Ringteil 41 schafft.
Der Ringteil 41 und der Wandteil 42 sind beispielsweise
integral ausgebildet.
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Der
Ringteil 41 umgibt das anströmseitige Axialgebläse(rad) 31 und
das abströmseitige
Axialgebläse(rad) 32.
Der Ringteil 41 bildet einen venturiartigen Durchgangsraum
hierin, derart, dass die anströmseitigen
und abströmseitigen
Axialgebläse(räder) 31, 32 drehbar
sind, während
vorbestimmte Spalte oder Freiräume
zwischen einer Innenfläche des
Ringteils 41 und den radial äußeren Enden der Blätter oder
Schaufeln 31d, 32d beibehalten werden. Im Ringteil 41 sind
die anströmseitigen
und abströmseitigen
Axialgebläse(räder) 31, 32 drehbar
durch die Rotationswellen 310, 320 der Motoren 31b bzw. 32b gelagert.
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Der
Wandteil 42 umfasst einen Luftführungsteil zum Führen der
Luft von den Wärmeaustauschern 1, 2 zum
Gebläse 3.
Bei dieser Ausführungsform
ist der Luftführungsteil 42a gebildet
durch einen sich verengenden Teil 42a von einer Gestalt,
die allmählich
oder kontinuierlich den Durchlassbereich (Querschnittsbereich des
Luftdurchgangsraums) gegen einen Abströmort reduziert. Der sich verengende Teil 42a ist
vor dem Ringteil 41 vorgesehen, in welchem das gegenläufige Gebläse 3 bezogen
auf die Luftströmung
angeordnet ist.
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Als
Nächstes
wird die „Arbeitslast" bzw. das Lastprofil
bzw. der Ausnutzungsgrad (workload) der anströmseitigen und abströmseitigen
Axialgebläse(räder) 31, 32 beschrieben. 4 zeigt
das Verhältnis
zwischen einem Verhältnis
der „Arbeitslast" des abströmseitigen
Axialgebläse(rads) 32 zum
anströmseitigen
Axialgebläse(rad) 31 sowie
den Luftblaswirkungsgrad (air blowing efficiency) des gegenläufigen Gebläses 3.
Hier ist die „Arbeitslast" bzw. das Lastprofil
oder die Auslastung jedes Axialgebläse(rads) gegeben, indem das
Volumen der Luft mit dem Winddruck multipliziert wird.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird die „Arbeitslast" des abströmseitigen
Axialgebläse(rads) 32 kleiner
als die „Arbeitslast" bzw. das Lastprofil
des anströmseitigen
Axialgebläse(rads) 31 eingestellt. Das „Arbeitslastverhältnis" des abströmseitigen
Axialgebläse(rads) 32 zum
anströmseitigen
Axialgebläse(rad) 31 ist
nämlich
kleiner als 1. Damit wird der Wirkungsgrad des gegenläufigen Gebläses 3,
wie in 4 gezeigt, verbessert.
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Wenn
weiterhin das „Arbeitslastverhältnis" in einem Bereich
zwischen gleich oder größer 0,6
und gleich oder kleiner 0,9 beträgt,
wird der Wirkungsgrad weiter gesteigert. Wenn weiterhin das Verhältnis in einem
Bereich zwischen gleich oder größer 0,7
und gleich oder kleiner 0,8 beträgt,
wird der Wirkungsgrad noch weiter gesteigert.
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Um
das „Arbeitslastverhältnis" auf kleiner als 1
einzustellen, werden die Faktoren des abströmseitigen Axialgebläse(rads) 32 kleiner
als die Faktoren des anströmseitigen
Axialgebläse(rads) 31 eingestellt.
Als diese Faktoren werden eine Drehgeschwindigkeit pro Zeiteinheit,
die Anzahl der Blätter,
eine Blattdichte bzw. ein Ausfüllungsgrad
(solidity) L/t, ein Blattbefestigungswinkel (blade fixing angle) θ und dergleichen
beispielsweise genommen. Hier wird der Blattbefestigungswinkel θ (θ1, θ2) definiert
als ein Winkel der Neigung einer Sehne des Blattes oder der Schaufel 31d, 32d bezogen
auf eine imaginäre
Linie, die parallel zu einer Drehrichtung R1, R2 des Lüfters 31, 32 verläuft. Die
Blattdichte bzw. der Ausfüllungsgrad
(solidity) L/t (L1, t1, L2/t2) wird definiert, indem eine Sehnenlänge L (L1,
L2) der Schaufel 31d, 32d durch eine Blattanstellung
bzw. Blatteinstellung bzw. Blattneigung (blade pitch) t (t1, t2)
dividiert wird.
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Um
das „Arbeitslastverhältnis" innerhalb des Bereichs
zwischen gleich oder größer als
0,6 und gleich oder kleiner 0,9 beispielsweise einzustellen, wird
das Verhältnis
der Drehgeschwindigkeit des abströmseitigen Axialgebläse(rads) 32 zum
anströmseitigen
Axialgebläse(rad) 31 innerhalb
eines Bereichs zwischen gleich oder größer 0,6 und gleich oder kleiner
0,9 eingestellt. Wenn beispielsweise die Drehgeschwindigkeit des
anströmseitigen
Axialgebläse(rads) 31 2000
U/min beträgt,
liegt die Drehgeschwindigkeit des abströmseitigen Axialgebläse(rads) 32 in
einem Bereich zwischen gleich oder größer 1200 U/min und gleich oder
kleiner 1800 U/min.
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Als
anderes Beispiel wird das Verhältnis
der Anzahl der Schaufeln oder Blätter 32d des
abströmseitigen
Axialgebläse(rads) 32 zur
Anzahl der Schaufeln oder Blätter 31d des
anströmseitigen
Axialgebläse(rads) 31 innerhalb
eines Bereiches zwischen gleich oder größer 0,6 und gleich oder kleiner
0,9 eingestellt. Wenn beispielsweise die Anzahl der Schaufeln 31d des
anströmseitigen
Axialgebläse(rads) 31 gleich
10 ist, wird die Anzahl der Schaufeln 32d des abströmseitigen
Axialgebläse(rads) 32 auf
wenigstens 6 und höchstens
9 eingestellt.
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Als
weiteres Beispiel wird das Verhältnis
von Blattdichte/Ausfüllungsgrad
(ratio of solidity) des abströmseitigen
Axialgebläse(rads) 32 zum
anströmseitigen
Axialgebläse(rad) 31 innerhalb
eines Bereichs zwischen gleich oder größer 0,6 und gleich oder kleiner
0,9 eingestellt. Wenn beispielsweise die Blattdichte/der Ausfüllungsgrad
(solidity) L1/t1 des anströmseitigen
Axialgebläse(rads) 31 gleich
0,7 ist, wird die Blattdichte/der Ausfüllungsgrad L2/t2 des abströmseitigen
Axialgebläse(rads) 32 innerhalb
eines Bereichs zwischen gleich oder größer 0,42 und gleich oder kleiner
0,63 eingestellt.
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Als
noch weiteres Beispiel wird der Blattbefestigungswinkel (blade fixing
angle) θ2
des abströmseitigen
Axialgebläse(rads) 32 kleiner
als der Blattbefestigungswinkel θ1
um wenigstens etwa 1,0° und höchstens
etwa um 5,5° eingestellt.
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Um
weiterhin das Verhältnis
der „Arbeitslast" des abströmseitigen
Axialgebläse(rads) 32 zum
anströmseitigen
Axialgebläse(rad) 31 in
einen Bereich zwischen gleich oder größer 0,7 und gleich oder kleiner
0,8 einzustellen, wird beispielsweise das Verhältnis der Drehgeschwindigkeit
des abströmseitigen Axialgebläse(rads) 32 zum
anströmseitigen
Axialgebläse(rad) 31 in
einem Bereich zwischen gleich oder größer 0,7 und gleich oder kleiner
0,8 eingestellt. Wenn beispielsweise die Drehgeschwindigkeit des anströmseitigen
Axialgebläse(rads) 31 bei
2000 U/min liegt, wird die Drehgeschwindigkeit des abströmseitigen
Axialgebläse(rads) 32 in
einem Bereich zwischen gleich oder größer 1400 U/min und gleich oder
kleiner 1600 U/min eingestellt.
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Als
anderes Beispiel wird das Verhältnis
der Anzahl der Schaufeln 32d des abströmseitigen Axialgebläse(rads) 32 zur
Anzahl der Schaufeln 31d des anströmseitigen Axialgebläse(rads) 31 innerhalb
eines Bereichs zwischen gleich oder größer 0,7 und gleich oder kleiner
0,8 eingestellt. Wenn beispielsweise die Anzahl der Schaufeln 31d des
anströmseitigen
Axialgebläse(rads) 31 bei
10 liegt, ist die Anzahl der Schaufeln 32d des abströmseitigen
Axialgebläse(rads) 32 gleich
7 oder 8.
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Als
anderes Beispiel wird das Verhältnis
der Blattdichte/des Ausfüllungsgrads
(solidity) des abströmseitigen
Axialgebläse(rads) 32 zum
anströmseitigen
Axialgebläse(rad) 31 innerhalb
eines Bereichs zwischen gleich oder größer 0,7 und gleich oder kleiner
0,8 eingestellt. Wenn beispielsweise die Blattdichte/der Ausfüllungsgrad
(solidity) L1/t1 des anströmseitigen
Axialgebläse(rads) 31 gleich
0,7 ist, liegt die Blattdichte/der Ausfüllungsgrad (solidity) L2/t2
des abströmseitigen
Axialgebläse(rads) 32 in einem
Bereich zwischen gleich oder größer 0,49
und gleich oder kleiner 0,56.
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Als
noch weiteres Beispiel wird der Schaufelbefestigungswinkel (blade
fixing angle) θ2
des abströmseitigen
Axialgebläse(rads) 32 auf
kleiner als der Blattbefestigungswinkel θ1 des anströmseitigen Axialgebläse(rads) 31 um
wenigstens etwa 2,5° und höchstens
etwa 4,0° eingestellt.
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Die
oben genannten Mittel zur Reduzierung des Verhältnisses der „Arbeitslast" des abströmseitigen
Axialgebläse(rads) 32 zum
anströmseitigen
Axialgebläse(rad) 31 können allein
oder mit verschiedenartigen Kombinationen verwendet werden. Mehr als
zwei Faktoren des abströmseitigen
Axialgebläse(rads) 32 können nämlich kleiner
als die des anströmseitigen
Axialgebläse(rads) 31 reduziert
werden, derart, dass das Verhältnis
der Arbeitslast des abströmseitigen
Axialgebläse(rads) 32 zum
anströmseitigen
Axialgebläse(rad) 31 kleiner
als 1 wird.
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(Modifikationen)
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Die
Faktoren zum Reduzieren des Verhältnisses
der „Arbeitslast"/des „Lastprofils" des abströmseitigen
Axialgebläse(rads) 32 zum
anströmseitigen
Axialgebläse(rad) 31 sind
nicht auf die oben genannten Beispiele begrenzt, vielmehr können andere
Faktoren verwendet werden. Beispielsweise kann ein Krümmungsverhältnis (curvature
ratio) einer Schaufel H/L (H1/L1, H2/L2), das dadurch definiert wird,
dass eine gekrümmte
Höhe H1,
H2 der Schaufel 31d, 32d durch die Sehnenlänge L1,
L2 geteilt wird, zwischen dem anströmseitigen Axialgebläse(rad) 31 und
dem abströmseitigen
Axialgebläse(rad)
verändert
werden als der Faktor zur Reduzierung des Verhältnisses der „Arbeitslast" auf kleiner als
1.
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Bei
der oben genannten Ausführungsform
ist der Luftführungsteil 42a gegeben
durch den sich verengenden Teil 42a, der den Durchlassbereich
vom Radiator 1 gegen den abströmseitigen Ort reduziert. Die
Gestalt des Luftführungsteils 42a ist
jedoch nicht auf Obiges beschränkt.
Beispielsweise kann der Luftführungsteil 42a gegeben
sein durch einen sich erweiternden Teil, der den Durchlassbereich
zum Abströmort
vergrößert. Weiterhin
ist die Anzahl der Axialgebläse(räder) oder
Axiallüfter 31, 32 nicht
auf zwei beschränkt.
Auch ist die Verwendung der Gebläseeinheit
nicht darauf beschränkt,
eine Luftströmung
für die
auf Fahrzeugen montierten Wärmeaustauscher hervorzurufen.
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Es
wurden beispielsweise Ausführungsformen
der Erfindung vorstehend beschrieben. Die vorliegende Erfindung
ist jedoch nicht auf die vorgenannten Ausführungsbeispiele beschränkt, lässt sich vielmehr
in anderer Art und Weise, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen,
implementieren.