DE69625322T2

DE69625322T2 - Laufrad für Querstromlüfter

Info

Publication number: DE69625322T2
Application number: DE69625322T
Authority: DE
Inventors: Ootsuta Katsuhisa; Yoshihashi Makoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-01-18
Filing date: 1996-10-18
Publication date: 2003-10-16
Anticipated expiration: 2016-10-19
Also published as: ES2191080T3; DE69625322D1; EP0785362A1; HK1000496A1; KR970059509A; AU680173B1; CN1076448C; JPH09195979A; JP3484854B2; EP0785362B1; CN1164619A; KR100216104B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Querstrom-Lüfter, insbesondere auf ein Flügelrad für Querstromlüfter, bei welchem das Umlaufgeräusch des Flügelrads in einem niederfrequenten Bandbereich des Geräusches verringert wird.

Beschreibung des Standes Technik

Gemäß Fig. 7 ist in einer eingebauten Einheit 5 einer bekannten Klimaanlage eine Vielzahl von Auslassdüsen 7 in einer unteren Frontplatte eines Gehäuses 6 vorgesehen, ist eine Vielzahl von Einlassanschlüssen 8 in einer oberen Frontplatte des Gehäuses 6 ausgebildet, und ist hinter den Einlassanschlüssen 8 auf der Innenseite des Gehäuses 6 ein Wärmetauscher 9 vorgesehen. Dabei befindet sich zwischen einer Rückwandplatte des Gehäuses 6 und dem Wärmetauscher 9 im Inneren des Gehäuses 6 ein Flügelrad 4 für einen Querstromlüfter. Dabei wird Luft durch die Einlassanschlüsse 8 geleitet. Die Temperatur der Luft wird mittels des Lufttauschers 9 verändert und gekühlt oder erwärmt. Die Luft wird durch die Drehbewegung des Flügelrads 4 für den Querstromlüfter den Auslassdüsen 7 zugeleitet und damit wird die Luft durch die Auslassdüsen 7 in das Innere eines Raums eingeblasen.
Das Flügelrad 4 für ein Querstromlüfter weiset eine Vielzahl von Teilungsplatten 3 auf, die senkrecht zu einer Drehachse des Flügelrads stehen, und eine Vielzahl von Flügeln 1, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist. Die Flügel 1 sind in periodischen Abständen zwischen jeweils zwei Teilungsplatten 3 angeordnet. Bei Drehung des Flügelrads erzeugt das Flügelrad 4 ein Geräusch, das einer Anzahl von Flügeln entspricht. Das der Anzahl der Flügel entsprechende Geräusch wird nachfolgend als "NZ" bezeichnet. Zur Verminderung dieses Geräuschs sind bei einem anderen bekannten Flügelrad für ein Querstromlüfter die Flügel 1 beispielsweise aperiodisch vorgesehen, also in zufälligen Abständen angeordnet. Ein Flügelrad für Querstromlüfter dieser Art ist in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. SHO 60-17296 beschrieben.
In der deutschen Patentanmeldung DE-A-2 322 734 wird ein Flügelrad für einen Querstromlüfter mit Flügeln beschrieben, die in gleichen Abständen angeordnet sind und einen schiefen Winkel aufweisen. In der US-Patentschrift US-A-5 266 007 wird ein Querstromlüfter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 offenbart.

Aufgabe der Erfindung

Fig. 9 stellt ein Ergebnis einer Frequenzanalyse des Drehgeräusches bei einem bekannten Flügelrad für Querstromlüfter dar, bei welchem die Flügel periodisch angeordnet sind, wie dies in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. SHO 60-17296 beschrieben wird. In Fig. 10 kann das Geräusch "NZ" bei dem Flügelrad für einen Querstromlüfter reduziert werden, bei welchem die Flügel aperiodisch angeordnet sind, wie die japanische Offenlegungsschrift Nr. SHO 60-17296 die offenbart. Es tritt jedoch noch ein weiteres Problem insofern auf, als ein niederfrequentes Geräusch mit einer Frequenz von weniger als 600 Hz erzeugt wird, wie Fig. 10 dies zeigt.
Die Darstellung in Fig. 10 stellt das Ergebnis einer Simulation einer Frequenzanalyse des Umlaufgeräusches eines Flügelrads bei einem Querstromlüfter dar, bei welchem die Flügel auf der Grundlage der nachstehenden Gleichung in zufälligen Abständen angeordnet sind:
Θk = Θk0 + dΘ · (rnd(δ) - δ/2) (1)
wobei: Θk: der Ansetzwinkel des k-ten Flügels ist,
Θk0: der Ansetzwinkel des k-ten Flügels ist, falls die Schaufeln in gleichen Abständen angeordnet wären,
dΘ: der Winkel zwischen jedem Paar benachbarter Flügel ist, falls die Flügel in gleichen Abständen angeordnet wären,
rnd(1): Eine Funktion zur Erzeugung einer Zufallszahl ist,
δ: einen Koeffizient der Verzerrung angibt, und
k: die Ordnungszahl jedes Flügels ist, wobei dem Bezugsflügel der Wert 0 zugewiesen wird.
Fig. 11 zeigt den Ansetzwinkel Θk, welcher die Position des k-ten Flügels angibt.
Wenn die Flügel 1 des Flügelrades eines Querstromlüfters in der Nähe eines Stabilisierers 10 vorbeilaufen, wird wegen der von den Flügeln 1 erzeugten Druckschwankung ein Geräusch verursacht. Je größer der Verzerrungs-Koeffizient δ wird, desto stärker wird das Geräusch "NZ" verringert, da die Korrelation des Geräusches "NZ" zwischen den Flügeln 1 geringer wird. Andererseits wird insbesondere in einem Niederfrequenzband das vom Flügelrad selbst erzeugte Umlaufgeräusch (dieses Umlaufgeräusch wird nachstehend als Geräusch "N" bezeichnet) hoch.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Flügelrad für ein Querstromlüfter zu schaffen, mit dessen Hilfe das Geräusch "NZ" verringert werden kann und auch das Geräusch "N" im Niederfrequenzband (im Bandbereich unter 600 Hz) ebenfalls reduziert werden kann.
Erfindungsgemäß ist ein Flügelrad für Querstromlüfter vorgesehen, welches folgendes aufweist: eine Vielzahl von Teilungsplatten, die senkrecht zu einer Drehachse des Flügelrads stehen, und eine Vielzahl von Flügeln, die zwischen jedem Paar Teilungsplatten angeordnet sind. Erfindungsgemäß sind bei dem Flügelrad für Querstromlüfter die Flügel jeweils in zyklisch veränderten Abständen angeordnet sind und bestimmt sich die Anordnung jedes Flügelrades anhand der folgenden Gleichung:
Θk = Θk0 + α·dΘ·sin(β·dΘ·k)
wobei: Θk: der Befestigungswinkel des k-ten Flügels ist,
Θk0: der Befestigungswinkel des k-ten Flügels ist, falls die Schaufeln in gleichen Abständen angeordnet sind,
α: ein Koeffizient für die Verlagerung des Befestigungswinkels ist,
dΘ: der Winkel zwischen jedem Paar benachbarter Flügel ist, falls die Flügel in gleichen Abständen angeordnet sind
β: ein zyklischer Koeffizient ist,
k: die Ordnungsnummer jedes Flügels ist, wobei 0 einem Bezugsflügel zugeordnet wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Eine vollständigere Würdigung der vorliegenden Erfindung und vieler ihrer vorhandenen Vorteile wird leicht aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich, die zum besseren Verständnis in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen erläutert wird, in denen:
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch ein Flügelrad für Querstromlüfter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
Fig. 2 ein schematischer Querschnitt durch eine Klimaanlage ist, welche das Flügelrad für Querstromlüfter gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aufweist;
Fig. 3 eine Sinuskurve zeigt, welche die Veränderungen der Anordnungsstelle der Flügel an dem Flügelrad für Querstromlüfter gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
Fig. 4 das Ergebnis einer Frequenzanalyse für das Geräusch zeigt, das in dem Flügelrad für Querstromlüfter gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzeugt wird;
Fig. 5 schematisch einen schiefen Winkel der Flügel an einem Flügelrad für Querstromlüfter nach einem fünften Ausführungsbeispiel darstellt;
Fig. 6 das Ergebnis einer Frequenzanalyse für das Geräusch zeigt, das in dem Flügelrad für Querstromlüfter gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel erzeugt wird;
Fig. 7 eine schematische Schnittansicht einer innen liegenden Einheit einer Klimaanlage nach dem Stand der Technik ist;
Fig. 8 ein Flügelrad für Querstromlüfter nach dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 9 das Ergebnis einer Frequenzanalyse für das Geräusch zeigt, das in dem Flügelrad für Querstromlüfter nach dem Stand der Technik erzeugt wird, bei welchem die Flügel periodisch angeordnet sind;
Fig. 10 das Ergebnis einer Frequenzanalyse für das Geräusch zeigt, das in dem Flügelrad für Querstromlüfter nach dem Stand der Technik erzeugt wird, bei welchem die Flügel aperiodisch angeordnet sind;
Fig. 11 eine Schemazeichnung ist, welche den Befestigungswinkel Θ darstellt, der den Ort des k-ten Flügels bei einem Flügelrad für Querstromlüfter nach dem Stand der Technik angibt, und
Fig. 12 eine Schemazeichnung zur Erläuterung des Befestigungswinkels Θk des k-ten Flügels bei einem Flügelrad für Querstromlüfter nach der vorliegenden Erfindung ist.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Ausführungsbeispiel 1

Fig. 1 stellt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Flügelrads 4 für einen Querstromlüfter gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass ei dem Flügelrad 4 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Flügeln 1 (einschließlich eines Bezugsflügels 2) und eine Vielzahl von Trennplatten 3 vorgesehen sind. Dabei ist jeder Flügel 1 unter einem vom Bezugsflügel 2 weg gerichteten Befestigungswinkel Θk auf der Grundlage der folgenden Gleichung angeordnet:
Θk = Θk0 + α·dΘ·sin(β·dΘ·k) (2)
wobei: Θk: der Befestigungswinkel des k-ten Flügels ist,
Θk0: der Befestigungswinkel des k-ten Flügels ist, falls die Schaufeln in gleichen Abständen angeordnet wären,
α: ein Koeffizient für die Verlagerung des Befestigungswinkels ist,
dΘ: der Winkel zwischen jedem Paar benachbarter Flügel ist, falls die Flügel in gleichen Abständen angeordnet wären,
β: ein zyklischer Koeffizient ist,
k: die Ordnungsnummer jedes Flügels ist, wobei 0 einem Bezugsflügel zugeordnet wird.
Bei dem Flügelrad 4 für Querstromlüfter nach diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Gesamtanzahl der Flügel 35, hat der Koeffizient für die Verlagerung des Befestigungswinkels den Wert α = 2, besitzt der zyklische Koeffizient β den Wert 2 und beträgt der Winkel dΘ zwischen jeweils zwei Flügeln - falls die Flügel in gleichen Abständen angeordnet wären - 2π/35. In diesem Fall gilt: Θk0 = 2π · k/35. Die Flügel 1 sind jeweils an Positionen angeordnet, die man nach der vorstehenden Gleichung (2) erhält.
Fig. 12 erläutert die vorstehende Gleichung (2). Auf der Grundlage der Gleichung (2) erhält man zum Beispiel für k = 2 einen Befestigungswinkel Θ&sub2; wie folgt:
Θ&sub2; = Θ&sub2;0 + α·dΘ·sin(β·dΘ·2) = 2π · 2/35 + 0,2·2π/35·sin{2·(2π/35)·2} (3)
Gemäß Fig. 12 zeigt das zweite Element in der vorstehenden Gleichung (3), nämlich α·dΘ·sin(β·dΘ·k) eine Verschiebung gegenüber Θk0 an, also den Befestigungswinkel in dem Fall, dass die Flügel in gleichen Abständen angeordnet sind. Der größtmögliche Wert von sin(β·dΘ·k) beträgt ±1 und der größtmögliche Wert der Verschiebung ist somit ±α· dΘ. Wenn α = 1,0 berührt ein Teil der Flügel den nächsten Flügel. Ist α = 0, befinden sich alle Flügel in gleichen Abständen.
Fig. 2 zeigt eine Klimaanlage, die ein Flügelrad 4 für Querstromlüfter gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung. Gemäß Fig. 2 sind bei einer innen liegenden Einheit 5 der Klimaanlage ein Gehäuse 6, ein Auslass 7, eine Vielzahl von Einlassanschlüssen 8, ein Wärmetauscher 9 und ein Stabilisierer 10 vorgesehen. Fig. 3 zeigt eine Sinuskurve, welche die Veränderungen der Lage bei den Flügen 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der Erfindung veranschaulicht, wobei die Punkte A bis D jeweils den Positionen bei Winkel 0º, 90º, 180º und 270º entsprechen, wie in Fig. 1 angegeben.
Bei dem Flügelrad für Querstromlüfter verändert sich die Befestigungsstelle der Flügel 1 zyklisch. Das Geräusch "NZ" wird dabei gemäß der Darstellung in Fig. 4 moduliert. Ein Spitzenpegel des Geräusches "NZ" wird gestreut und damit wird der Geräuschpegel gesenkt. Andererseits wird der Geräuschpegel des vom Flügelrad selbst erzeugten Geräusches "N" verringert, da zwischen den Flügeln immer noch eine Korrelation vorliegt.

Ausführungsbeispiel 2

Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Modifizierung des Flügelrads für Querstromlüfter nach dem ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen, bei der β, der zyklische Koeffizient, eine natürliche Zahl mit einem Wert höher als 2 ist. Das Geräusch "NZ" wird noch weiter moduliert und mit diesem Ausführungsbeispiel kann die Vielzahl von Flügel wirksam in zyklischer Anordnung angebracht werden.

Ausführungsbeispiel 3

Als drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Modifizierung des Flügelrads für Querstromlüfter nach dem ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen, nach welcher β, der zyklische Koeffizient, eine natürliche gerade Zahl mit einem Wert höher als 2 ist. Damit ist das Flügelrad mechanisch gut ausgewuchtet.

Ausführungsbeispiel 4

Als viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Modifizierung des Flügelrads für Querstromlüfter nach dem ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen, bei welcher α, der Koeffizient der Verlagerung des Befestigungswinkels, eine rationale Zahl ist und bei welcher gilt: 0 < α < 1. Dementsprechend wird der Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Flügeln nicht gleich und damit berührt keiner der Flügel den nächsten Flügel.

Ausführungsbeispiel 5

Gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung bestimmt sich jede Befestigungsstelle für die Vielzahl von Flügeln nach der Gleichung (2), wie beim ersten Ausführungsbeispiel, und umfasst der Befestigungswinkel Θk außerdem einen schiefen Winkel Θ', wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Es ist allgemein bekannt, dass die Anordnung jedes Flügels mit dem schiefen Winkel Θ' das Geräusch "NZ" verringert. Mit dem vorstehend beschriebenen Merkmal wird die Ausbildung nach Ausführungsbeispiel 1 ergänzt, was bedeutet, dass jeder Flügel den schiefen Winkel Θ' aufweist. Das Geräusch "NZ" wird hier noch weiter verringert als bei dem Flügelrad für Querstromlüfter, das nur das Merkmal nach dem Ausführungsbeispiel 1 aufweist.

Ausführungsbeispiel 6

Gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der zyklische Koeffizient β eine natürliche Zahl größer als 2 bei dem Flügelrad für Querstromlüfter nach dem Ausführungsbeispiel 5. Infolgedessen wird das Geräusch "NZ" noch weiter moduliert; dieses Ausführungsbeispiel sieht eine wirksame Anordnung der Vielzahl von Flügeln in zyklischer Form vor.

Ausführungsbeispiel 7

Gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist bei dem Flügelrad für Querstromlüfter nach dem Ausführungsbeispiel 5 der zyklische Koeffizient β größer als 2. Damit ist das Flügelrad mechanisch gut ausgewuchtet.

Ausführungsbeispiel 8

Entsprechend einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Koeffizient α für die Verlagerung des Befestigungswinkels eine rationale Zahl, wobei für das Flügelrad für Querstromlüfter nach dem Ausführungsbeispiel 5 gilt: 0 < α < 1. Dementsprechend wird der Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Flügeln nicht gleich und berührt kein Flügel aus der Vielzahl von Flügeln den jeweils nächsten Flügel.
Nachdem somit mehrere spezielle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, sind für den Fachmann zahlreiche Abänderungen, Modifizierungen und Verbesserungen leicht erkennbar. Solche Abänderungen, Modifizierungen und Weiterentwicklungen sollen als Teil dieser Beschreibung gelten und sollen auch unter den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen. Dementsprechend wurde die vorstehende Beschreibung nur exemplarisch dargestellt und soll nicht als Einschränkung gelten. Die vorliegende Erfindung wird nur durch die Festlegungen in den nachfolgenden Ansprüchen und durch deren Äquivalente eingeschränkt.

Claims

1. Flügelrad (4) für Querstromlüfter, welches folgendes aufweist:

- eine Vielzahl von Teilungsplatten (3), die senkrecht zu einer Drehachse des Flügelrads stehen, und

- eine Vielzahl von Flügeln (1), die zwischen jedem Paar Teilungsplatten angeordnet sind,

bei welchem die Flügel jeweils in zyklisch veränderten Abständen angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel gemäß der folgenden Gleichung angeordnet sind:

Θk = Θk0 + α·dΘ·sin(β·dΘ·k)

wobei: Θk: der Befestigungswinkel des k-ten Flügels ist,

Θk0: der Befestigungswinkel des k-ten Flügels ist, falls die Schaufeln in gleichen Abständen angeordnet sind,

α: ein Koeffizient für die Verlagerung des Befestigungswinkels ist,

dΘ: der Winkel zwischen jedem Paar benachbarter Flügel ist, falls die Flügel in gleichen Abständen angeordnet sind

β: ein zyklischer Koeffizient ist,

k: die Ordnungsnummer jedes Flügels ist, wobei 0 einem Bezugsflügel (2) zugeordnet wird.

2. Flügelrad für Querstromlüfter nach Anspruch 1, bei welchem β eine natürliche Zahl größer als 2 ist.

3. Flügelrad für Querstromlüfter nach Anspruch 1, bei welchem β eine natürliche gerade Zahl größer als 2 ist.

4. Flügelrad für Querstromlüfter nach Anspruch 1, bei welchem α eine rationale Zahl ist und die Beziehung 0 < α 1 gilt.

5. Flügelrad für Querstromlüfter nach Anspruch 1, bei welchem die Flügel einen schiefen Winkel aufweisen.

6. Flügelrad für Querstromlüfter nach Anspruch 5, bei welchem β eine natürliche Zahl größer als 2 ist

7. Flügelrad für Querstromlüfter nach Anspruch 5, bei welchem β eine natürliche gerade Zahl größer als 2 ist.

8. Flügelrad für Querstromlüfter nach Anspruch 5, bei welchem α eine rationale Zahl ist und die Beziehung 0 < α 1 gilt.