ES2279596T3 - Ventilador de flujo axial para acondicionador de aire. - Google Patents
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Abstract
Un ventilador de flujo axial para un acondicionador de aire, que comprende: - un cubo (BH) encajado en un eje rotativo de un motor (13), y - una pluralidad de aspas (2) encajadas en el cubo BH y extendiéndose en dirección radial desde el cubo (BH) hasta la punta (BT) del aspa y en una dirección de rotación desde un borde delantero (LE) hasta un borde trasero (TE), comprendiendo cada aspa (2) una porción de extremo que tiene un radio relativamente mayor en comparación con una pluralidad de porciones del aspa (2) y una porción de cubo que tiene un radio relativamente menor en comparación con la pluralidad de porciones del aspa(2), siendo el ancho de cada aspa (2), entre el borde delantero (LE) y el borde trasero(TE), más pequeño en la porción de cubo que en la porción de extremo, caracterizado porque, suponiendo que una coordenada, obtenida calculando una distancia (R) en la dirección radial del aspa (2) y convirtiéndola en una distancia entre un radio (Rh) en el cubo y un radio (Rt) en la punta (BT) del aspa en base a un procedimiento no dimensional según r = (R - Rh)/(Rt - Rh), una relación de curvatura máxima (Hc(r)), que es una relación entre una curvatura máxima (Cmax) y una longitud de cuerda (1), tiene un valor de 0, 02 ñ 0, 01 en el cubo (BH) de r = 0, un valor de 0, 04 ñ 0, 015 en la punta (BT) del aspa de r = 1, y un valor máximo de 0, 05 ñ 0, 02 en una porción de r = 0, 06 - 0, 75, en el cual la relación de curvatura máxima (Hc(r)) en la porción de r = 0, 6 - 0, 75 es mayor que la relación de curvatura máxima (Hc(r)) en el cubo (BH) y es mayor que la relación de curvatura máxima (Hc(r)) en la punta (BT) del aspa.
Description
Ventilador de flujo axial para acondicionador de
aire.
La presente invención está relacionada con un
ventilador de flujo axial para un acondicionador de aire, que
comprende un cubo encajado con un eje rotativo de un motor; y una
pluralidad de aspas encajadas en el cubo y extendiéndose en
dirección radial desde el cubo hasta la punta de las aspas y en una
dirección de rotación desde un borde delantero hasta un borde
trasero, comprendiendo cada aspa una porción de extremo que tiene un
radio relativamente mayor en comparación con una pluralidad de
porciones del aspa y una porción de cubo que tiene un radio
relativamente menor en comparación con la pluralidad de porciones
del aspa, siendo el ancho de cada aspa, entre el borde delantero y
el borde trasero, más pequeño en la porción de cubo que en la
porción de extremo.
Un acondicionador de aire es un aparato capaz de
procesar aire y suministrar el aire procesado a un cierto espacio
interior para mantener así en estado limpio el aire de una
habitación o de un edificio, y se clasifica en tipo integrado y tipo
independiente.
Los acondicionadores de aire de los tipos
integrado e independiente anteriormente descritos tienen las mismas
funciones. Sin embargo, el acondicionador de aire de tipo integrado,
que tiene una función integrada de enfriamiento y de calefacción,
se instala mediante un aparato de fijación practicando un orificio
en una ventana o una pared. Por otra parte, en el tipo
independiente, a modo de unidad interior se instala un aparato de
refrigeración dentro de una habitación, y a modo de unidad exterior
se instala un aparato de compresión y de radiación de calor fuera de
la habitación. El aparato de refrigeración y el aparato de
compresión y de radiación de calor están conectados por una tubería
de refrigerante.
Se explicará el acondicionador de aire de tipo
independiente, conocido por ejemplo por el documento EP 0 877 167
A1.
El acondicionador de aire de tipo independiente
incluye una unidad interior para efectuar una función de
refrigeración, una unidad exterior para efectuar una función de
radiación de calor y de compresión, y una tubería de refrigerante
para conectar las unidades interior y exterior.
La unidad interior absorbe calor en un cierto
espacio interior, y la unidad exterior irradia calor al exterior, el
cual corresponde a la suma del calor absorbido en el interior y el
calor que un compresor irradia al refrigerante.
Según se muestra en la Figura 1, la unidad
exterior del acondicionador de aire de tipo independiente
convencional incluye un ventilador 1 de flujo axial para aspirar un
aire interior, generar un cierto flujo de aire utilizado por la
unidad exterior para el intercambio de calor, y descargar el aire,
un motor 3 para proporcionar una fuerza motriz al ventilador 1 de
flujo axial, un compresor 5 para comprimir un refrigerante en estado
vapor a baja presión y temperatura que fluye desde la unidad
interior y convertir el mismo en un refrigerante en estado vapor a
alta presión y temperatura, un intercambiador de calor exterior 7
para intercambiar calor entre el refrigerante en estado vapor a
alta presión y temperatura y el aire aspirado por el ventilador 1 de
flujo axial para así condensar el mismo en un refrigerante en
estado líquido a alta presión y temperatura ambiente, un acumulador
8 instalado en una porción de aspiración del compresor 5 para
eliminar las impurezas del refrigerante y evitar que el
refrigerante 5 en estado líquido fluya hasta el compresor 5, y una
carcasa 10 para alojar los elementos anteriormente descritos.
La carcasa 10 incluye un panel frontal 11 para
formar una superficie frontal de la unidad exterior, y un panel
trasero 13 para formar tanto una superficie lateral como una
superficie trasera. El panel trasero 13 incluye una boca de
aspiración 13a para aspirar un aire exterior hacia el interior de la
carcasa 10, y el panel frontal 11 incluye una boca de descarga 11a
para descargar el aire interior de la carcasa 10 hacia el
exterior.
Además, una rejilla 12 de protección está
instalada en una porción de la boca de descarga 11a para impedir el
acceso al ventilador 1 de flujo axial que gira a alta velocidad. En
los dibujos, el número de referencia 4 presenta una campana 4 que
guía el flujo de aire descargado desde la boca de descarga 11a del
panel frontal 11 por el ventilador 1 de flujo axial, y el número de
referencia 6 representa un material absorbente del sonido que rodea
al compresor 5 para disminuir los ruidos del compresor 5.
Se explicará el funcionamiento de la unidad
exterior anteriormente descrita.
Cuando se suministra al intercambiador de calor
exterior 7 el gas refrigerante comprimido por el compresor 5, se
efectúa un intercambio de calor entre el refrigerante suministrado y
el aire aspirado al interior de la carcasa 10 por la rotación del
ventilador 1 de flujo axial, para así condensar el refrigerante a un
estado de alta presión y temperatura ambiente, y se aumenta la
temperatura del aire así aspirado.
El aire que está a la temperatura así aumentada
es descargado al exterior por el ventilador 1 de flujo axial.
Concretamente, el aire aspirado al interior de
la carcasa 10 a través de la boca de aspiración 13a del panel
trasero 13 del intercambiador de calor exterior 7 es descargado al
exterior a través del ventilador 1 de flujo axial y de la boca de
descarga 11a del panel frontal 11.
Cuando el compresor 5 comprime el refrigerante,
el refrigerante circula a través de la tubería de conexión de
refrigerante entre los espacios interior/exterior, que conecta la
unidad interior y la unidad exterior, de manera que el refrigerante
fluye al interior del intercambiador de calor 7. En ese momento,
mientras el ventilador 1 de flujo axial gira por la fuerza motriz
del motor 3, el aire es aspirado a través de la boca de aspiración
13a, y se forma un cierto flujo de aire que es descargado a través
de la boca de descarga 11a. El flujo de aire así formado entra en
contacto con el intercambiador de calor exterior 7, de manera que el
refrigerante se condensa.
El refrigerante condensado por el intercambiador
de calor exterior 7 es expandido adiabáticamente por un expansor (no
representado) y es suministrado a la unidad interior (no
representada) a través de la tubería de refrigerante que conecta
los espacios interior y exterior (no representada).
El refrigerante suministrado a la unidad
interior es intercambiado térmicamente con el aire aspirado por un
ventilador interior (no representado) de un intercambiador de calor
interior (no representado) y es convertido en un refrigerante en
estado vapor a baja presión y temperatura. En ese momento, el aire
que pasa a través del intercambiador de calor interior sufre un
descenso de temperatura por intercambio térmico con el refrigerante
y fluye al espacio interior para así llevar a cabo una operación de
refrigeración.
Continuamente, el refrigerante convertido en
estado vapor a baja presión y temperatura por el intercambiador de
calor interior de la unidad interior es desplazado hacia el
compresor 5 a través de la tubería de refrigerante que conecta los
espacios interior y exterior.
La operación anteriormente descrita es efectuada
repetidamente.
En detalle, el refrigerante que sufre
intercambio térmico en la unidad interior fluye a través de la
tubería de refrigerante, que conecta los espacios interior y
exterior, y de una montura 14 de válvula de mantenimiento instalada
en una porción de la unidad exterior y es introducido en el
compresor 5 a través del acumulador 8 instalado para eliminar
ciertas impurezas e impedir su introducción en el refrigerante en
estado líquido.
Según se ha descrito anteriormente, en la
operación de la unidad exterior del acondicionador de aire, es
importante el ventilador 1 de flujo axial que genera en el aire un
cierto flujo.
Concretamente, el ventilador 1 de flujo axial
está diseñado para obtener una cierta cantidad de flujo de aire que
se requiere para aumentar la eficiencia del intercambio térmico
entre el refrigerante y el aire.
Además, con objeto de satisfacer las necesidades
del cliente, el ventilador 1 de flujo axial debe consumir una
pequeña cantidad de energía eléctrica. Es preciso disminuir el ruido
del flujo de aire.
Para fabricar un ventilador que satisfaga las
condiciones anteriormente descritas, se ha realizado un intenso
estudio para cambiar la forma del ventilador mediante el cambio de
diversos factores de diseño del ventilador.
Existen varios factores de diseño del ventilador
que determinan la forma del ventilador. Además, los efectos de los
factores de diseño anteriormente descritos que afectan a las
prestaciones del ventilador son complicados y diversos.
Según se muestra en las Figuras 2, 4 y 5, los
factores de diseño del ventilador que pueden afectar a la forma del
ventilador 1 de flujo axial son el diámetro (2*Rt) del ventilador de
flujo axial, el diámetro (2*Rh) del cubo de las aspas, el numero de
aspas 2 y su dimensión externa, el ángulo de paso \Phi relativo a
cada aspa 2, la curvatura máxima (Cmax), el ángulo de regresión
\theta, la longitud de cuerda (1), la inclinación, etc.. Además,
existe el borde delantero LE de un aspa, el borde trasero TE, y la
forma de curvatura de la punta del aspa BT.
Según se muestra en la Figura 2, entre las
dimensiones anteriormente descritas la inclinación representa el
grado de desviación de la posición de la sección transversal en una
dirección \pm Z en función de la posición radial del aspa según
se observa la sección transversal desde un plano
Z-X. Las descripciones de las restantes dimensiones
se darán a continuación.
En el ventilador 1 de flujo axial, en el cual la
forma de un aspa tridimensional se determina en base a los factores
de diseño del ventilador anteriormente descritos, es importante la
porción final, cuyo radio es relativamente mayor en comparación con
una pluralidad de porciones del aspa 2, por la razón de que la mayor
parte del flujo tiene lugar en una punta BT del aspa.
Según se muestra en la Figura 3, como resultado
de una medición de la intensidad sonora en la parte situada detrás
del aspa 2 del ventilador 1 de flujo axial, los ruidos se producen
constantemente e independientemente de la coordenada radial del
aspa 2, en particular independientemente de las porciones de cubo o
de las porciones de punta del aspa.
Además, una porción (porción de cubo), que tiene
un radio relativamente menor en comparación con una pluralidad de
porciones del aspa 2 del ventilador 1 de flujo axial, no produce un
aumento de la cantidad de aire que fluye, pero aumenta el consumo
de energía del motor 3, y los ruidos. Por lo tanto, la porción
(porción de cubo) anteriormente descrita no afecta a la eficiencia
de flujo de aire en una pluralidad de porciones del aspa 2 del
ventilador 1 de flujo axial, pero aumenta el consumo de energía y la
creación de ruido. Por lo tanto, puede eliminarse una parte de la
porción que tiene un radio menor para así conseguir un ruido bajo y
una alta eficiencia del ventilador 1 de flujo axial.
Por la Patente Estadounidense Nº 5.312.230 se
conoce un ventilador de flujo axial para un acondicionador de aire,
que comprende un cubo encajado en el eje rotativo de un motor y una
pluralidad de aspas encajadas en el cubo, en el cual las aspas se
extienden en dirección radial desde el cubo hasta la punta del aspa
y en una dirección de rotación desde un borde delantero hasta un
borde trasero. Cada aspa comprende una porción final que tiene un
radio relativamente mayor en comparación con una pluralidad de
porciones del aspa y una porción de cubo que tiene un radio
relativamente menor en comparación con la pluralidad de porciones
del aspa. Adicionalmente, el ancho de cada aspa entre el borde
delantero y el borde trasero es menor en la porción de cubo que en
la porción de extremo.
El ventilador de flujo axial conocido es más
eficiente que el descrito anteriormente, por ejemplo según se
describe en el documento EP 0 877 167 A1, pero no genera una
cantidad de flujo de aire suficiente para un intercambio térmico
optimizado en un intercambiador térmico.
En consecuencia, es un objetivo de la presente
invención proporcionar un ventilador de flujo axial para un
acondicionador de aire que pueda generar una cantidad suficiente de
flujo de aire, utilizado para el intercambio térmico en un
intercambiador térmico, optimizando un factor de diseño de un
ventilador de flujo axial instalado en una unidad exterior de un
acondicionador de aire y disminuyendo el consumo de energía de un
motor y el ruido que se produce durante el funcionamiento del flujo
de aire en un ventilador de flujo axial.
Para alcanzar el anterior objetivo, se
proporciona un ventilador de flujo axial para un acondicionador de
aire según se ha descrito inicialmente, caracterizado porque,
suponiendo que una coordenada, obtenida calculando una distancia R
en la dirección radial del aspa y convirtiéndola en una distancia
entre un radio Rh y un radio Rt en la punta del aspa en base a un
procedimiento no dimensional según "r" (r = R - Rh)/(Rt - Rh),
una relación de curvatura máxima Hc(r), que es una relación
entre una curvatura máxima Cmax y una longitud de cuerda 1, tiene un
valor de 0,02 \pm 0,01 en el cubo BH de r = 0, un valor de 0,04
\pm 0,015 en la punta BT del aspa de r = 1, y un valor máximo de
0,05 \pm 0,02 en una porción de r = 0,06 - 0,75, en el cual la
relación de curvatura máxima Hc(r) en la porción de r = 0,6
- 0,75 es mayor que la relación de curvatura máxima Hc(r) en
el cubo BH y es mayor que la relación de curvatura máxima
Hc(r) en la punta del aspa.
Mediante la siguiente descripción se harán más
aparentes las ventajas, objetivos y características adicionales de
la invención.
La presente invención se comprenderá mejor
mediante la descripción detallada que se da a continuación y los
dibujos adjuntos que se dan a título ilustrativo únicamente, y por
ello no son limitativos de la presente invención, y en los
cuales:
la Figura 1 es una vista en planta ilustrando
una estructura interna de una unidad exterior de un acondicionador
de aire de tipo independiente convencional;
la Figura 2 es una vista en planta ilustrando un
aspa de un ventilador de flujo axial convencional;
la Figura 3 es un gráfico del resultado de una
medida del ruido en dirección radial tras un aspa convencional de
ventilador de flujo axial;
la Figura 4 es una vista en planta ilustrando un
aspa de un ventilador de flujo axial según la presente
invención;
la Figura 5 es una vista en planta ilustrando un
ventilador de flujo axial para un acondicionador de aire según la
presente invención;
la Figura 6 es una gráfica de la comparación,
entre la presente invención y una técnica convencional, de una
relación de la curvatura máxima con respecto a un valor de
coordenadas que se obtiene procesando una distancia en dirección
radial de un aspa de un ventilador de flujo axial basándose en la
distancia entre un radio del cubo y un radio de una porción extrema
de un aspa del ventilador;
la Figura 7 es un gráfico que ilustra la
interrelación entre el coeficiente de flujo y la eficiencia de
presión estática de un ventilador de flujo axial entre la presente
invención y una técnica convencional;
la Figura 8 es un gráfico que ilustra la
interrelación entre la cantidad de flujo de aire y la potencia
consumida de un ventilador de flujo axial entre la presente
invención y una técnica convencional;
la Figura 9 es un gráfico que ilustra la
interrelación entre la cantidad de flujo de aire y el ruido de un
ventilador 20 de flujo axial entre la presente invención y una
técnica convencional;
la Figura 10 es una tabla que ilustra la
variación de la relación de curvatura máxima en base al cambio del
radio de un aspa de ventilador de flujo axial y de la longitud de la
cuerda según la presente invención.
Se explicarán las realizaciones de la presente
invención con referencia a los dibujos adjuntos.
Según se muestra en las Figuras 4 y 5, un
ventilador de flujo axial para un acondicionador de aire según la
presente invención incluye un cubo BH encajado en un eje rotativo de
un motor 13, y una pluralidad de aspas 2 instaladas en el cubo BH.
El ventilador de flujo axial según la presente invención está
diseñado optimizando factores de diseño de ventiladores (según se
muestra en la Figura 2) tales como el diámetro del ventilador, el
diámetro del cubo, el numero de aspas 2, la posición CP de la
curvatura máxima, el ángulo de regresión \theta, el ángulo de
paso \Phi, la longitud de cuerda 1, la distancia d entre aspas,
para aumentar así la eficiencia del ventilador de flujo axial.
En el ventilador de flujo axial de un
acondicionador de aire según la presente invención, el diámetro del
ventilador es 380 \pm 2 mm ó 400 \pm 2 mm, el diámetro del cubo
es 100 \pm 2 mm, y el número de aspas 2 es cuatro.
Adicionalmente, la posición CP de la curvatura
máxima del aspa 2 está situada en una porción de 0,7 \pm 0,02 de
la longitud de cuerda l desde el borde delantero LE en la dirección
del borde trasero TE y forma una curva desde el cubo BH del aspa
hasta la punta BT del aspa.
En este caso, el borde delantero LE representa
una porción extrema frontal en la dirección en la que gira el
ventilador, y el borde trasero TE representa la porción extrema
trasera en la dirección en la que gira el ventilador. La longitud
de cuerda 1 representa una distancia recta entre el borde delantero
LE y el borde trasero TE. La posición CP de curvatura máxima
representa una posición en la cual el aspa 2 está más alejada en
dirección vertical de una línea imaginaria (IL) extendida entre la
punta BT del aspa y el cubo BH del aspa, y la curvatura máxima Cmax
representa la distancia vertical desde la posición CP de curvatura
máxima hasta dicha línea imaginaria (IL) extendida entre la punta BT
del aspa y el cubo BH del aspa.
Además, la relación de curvatura máxima, que es
la relación entre la curvatura máxima Cmax y la longitud de cuerda
1, está distribuida según un tipo combinado de dos parábolas.
Suponiendo que una coordenada r que representa la distancia R en la
dirección radial del aspa 2 se procese en base a un procedimiento no
dimensional usando la distancia desde el radio Rh del cubo BH hasta
el radio Rt de la punta BT del aspa, en la cual, en el procedimiento
no dimensional, el cubo está representado por 0, y la punta se fija
a 1, y la distancia entre el cubo y la punta está representada por
un número positivo menor que 1 en proporción a la distancia de
separación desde el cubo BH, en la presente invención la relación de
curvatura máxima resulta tener 0,02 \pm 0,01 en el cubo BH en r =
0, un valor de 0,04 \pm 0,015 en la punta BT del aspa en r = 1, y
0,5 \pm 0,02 en la porción de r = 0,6-0,75.
En este caso, "r" se calcula en base a
(R-Rh)/(Rt-Rh). Rh se resta en el
denominador y en el numerador por la razón de que la porción en r=0
no está determinada como centro del cubo sino como una superficie
circunferencial exterior del cubo.
No obstante, los valores están indicados en tres
porciones del cubo BH en r=0, la punta BT del aspa en r=1, y la
porción en la que r tiene la relación de curvatura máxima. Se usan
las siguientes ecuaciones para calcular los valores en las regiones
enteras de r = 0-1,5
Ecuación
1\text{Máxima relación de curvatura}: Hc(r) =
\alpha r^{2} + \beta r +
\gamma
En la ecuación 1, en caso de que r<r_{c},
\alpha es (a-b)/r_{c}^{2}, y \beta es
-2\alphar_{c}, y \gamma es "a".
En caso de que r\geqr_{c},
\alpha=(c-b)/(1-r_{c})^{2},
y \beta=-2\alphar_{c}, y
\gamma=b-\alphar^{2}-\betar_{c}.
Como resultado de una pluralidad de
experimentos, los valores de a, b, c y r_{c} son preferiblemente
0,02, 0,05, 0,04 y 0,7, respectivamente.
La Figura 8 ilustra el resultado que se obtiene
cuando se adaptan los valores de a=0,03, b=0,07, c=0,065 y
r_{c}=0,7 en la técnica convencional y una distribución de la
relación de curvatura máxima en la presente invención en la cual
están adaptados los valores anteriormente descritos. En la Figura 6,
la línea de trazos representa la técnica convencional, y la línea
recta representa la presente invención.
Se explicará la formación del ángulo de
regresión. Según se muestra en la Figura 5, el ángulo de regresión
\theta según la presente invención representa un ángulo entre un
eje radial y un eje curvado que se extiende entre medias del borde
delantero y del borde trasero desde el cubo hasta la punta del
aspa.
En la presente invención, en la región de
r<0,5, el ángulo de regresión \theta del aspa 2 es de
39-41º, y en la región de r\geq0,5, el ángulo de
regresión aumenta como una parábola, de manera que en la punta BT
del aspa el ángulo de regresión \theta forma
46-50º.
Además, para aumentar la eficiencia de un
ventilador eliminando las porciones del aspa 2 que aumentan el
consumo de energía y el ruido sin mejorar la eficiencia del flujo de
aire del ventilador, se le da a la porción central entre el borde
delantero LE del aspa 2 y el borde trasero TE una forma cóncava en
la dirección en que disminuye la longitud de cuerda 1 del aspa 2, de
manera que se disminuye el área del aspa.
En este caso, la forma de la porción central del
borde delantero LE y del borde trasero TE del aspa 2 y de la
longitud de cuerda 1,en base a una variación de r, puede variarse y
determinarse en base a la ecuación siguiente
l = 95 +
(158.2 * r^{2} + 77 * \pm 2
(r<0.975)
en donde en el caso de r\geq0,975
es posible implementar diversas variaciones no basadas en una cierta
ecuación, ya que es difícil formar las porciones extremas del
ventilador, y la durabilidad del ventilador es
mala.
Esta vez, puesto que el número de aspas es
cuatro, la distancia d entre el aspa según se representa en la
Figura 2 y el aspa se determina en base a la siguiente ecuación
según una variación de r.
d = \pi/2
[r(R_{t} - R_{h}) + R_{n}] - [95 + (158.2 * ar^{2} + 77 * r)]
\pm
2
en donde
(r<0,975).
Se efectúa un cierto experimento para comparar
las prestaciones del ventilador de flujo axial según la presente
invención y un ventilador de flujo axial convencional, de tal modo
que se obtienen los gráficos de las Figuras 7 y 8.
La Figura 7 ilustra un resultado del experimento
que se efectúa en base a un coeficiente \varphi de cantidad de
flujo de aire que es un valor no dimensional de la cantidad del
flujo de aire. En la Figura 7, la línea "a" representa un valor
experimental obtenido adaptando un ventilador de flujo axial según
la presente invención, y la línea "b" representa un valor
experimental obtenido adaptando un ventilador de flujo axial
convencional.
El coeficiente \varphi de flujo de aire se
define como sigue.
\varphi =
\frac{4Q}{\pi^{2}(D_{t}{}^{2} -
D_{n}{}^{2})D_{t}N}
en donde Q representa una cantidad
de flujo de aire, D_{t} representa un diámetro del ventilador, y
D_{n} representa un diámetro del cubo, y N representa un ángulo de
rotación, y la eficiencia \pi de presión estática se define como
sigue:
\eta_{s} =
\frac{Ps*Q}{T*\omega}
en donde Ps representa la presión
estática, Q representa una cantidad de flujo de aire, C representa
el par y \omega representa la velocidad
angular.
Adicionalmente, la Figura 8 es un gráfico de un
resultado experimental del consumo de energía comparado con la misma
cantidad de flujo de aire.
En la Figura 8, la línea "a" representa un
valor experimental obtenido adaptando el ventilador de flujo axial
según la presente invención, y la línea "b" representa un valor
experimental obtenido adaptando un ventilador de flujo axial
convencional.
La Figura 9 es un gráfico de un resultado
experimental del ruido comparado con la misma cantidad de flujo de
aire. En la Figura 9, la línea "a" representa un valor
experimental obtenido adaptando el ventilador de flujo axial según
la presente invención, y la línea "b" representa un valor
experimental obtenido adaptando un ventilador de flujo axial
convencional. Adicionalmente, "CMM" significa la unidad de la
cantidad de aire circulante y sus unidades en SI son
"m^{3}/min".
Según se muestra en las Figuras 7 a 9, el
ventilador de flujo axial según la presente invención tiene una
buena eficiencia de circulación de aire en base a una eficiencia
mejorada de la presión estática (\eta_{s}). En la presente
invención, el consumo de energía disminuye unos 5W en comparación
con la misma cantidad de flujo de aire entre la presente invención y
la técnica convencional. Adicionalmente, el ruido disminuye
aproximadamente 1 dB (A) en comparación con la misma cantidad de
flujo de aire.
En la anterior descripción, se explicó el caso
en que el diámetro del ventilador era inferior a 380 mm. En caso de
que el diámetro del ventilador sea mayor de 380 mm, se fija Rt a 190
mm para la porción en la que el diámetro del ventilador sea 380 mm,
para así calcular "r" y fijar los factores de diseño. Para la
porción en la cual el diámetro del ventilador es mayor de 380 mm,
los factores de diseño del ventilador se determinan en base a un
procedimiento de extrapolación.
La Figura 10 ilustra una tabla que ilustra el
radio del aspa del ventilador de flujo axial según la presente
invención y una variación de la relación de curvatura máxima en base
a una variación de la longitud de cuerda. Los valores de la tabla
son utilizados como valores básicos cuando se diseña el
ventilador.
Adicionalmente, en otra realización de la
presente invención, suponiendo que el diámetro del ventilador 1 de
flujo axial sea 400 mm, los valores de a=0,02, b=0,05, c=0,0364 y
r_{c}=0,641 son adaptados a la ecuación 1 para fijar así una
relación de curvatura máxima.
Según se ha descrito anteriormente, en el
ventilador de flujo axial para un acondicionador de aire según la
presente invención, se cambia la forma del aspa variando factores de
diseño del ventilador tales como el área del aspa y la longitud de
cuerda, de manera que pueda generarse una cantidad suficiente de
flujo de aire para una operación de intercambio térmico y
disminuirse el consumo de energía y el ruido del motor para
implementar así una elevada eficiencia del ventilador.
Aunque se ha descrito la realización preferida
de la presente invención con propósitos ilustrativos, los expertos
en la técnica apreciarán que son posibles diversas modificaciones,
adiciones y sustituciones sin apartarse del alcance descrito en las
reivindicaciones adjuntas.
Claims (8)
1. Un ventilador de flujo axial para un
acondicionador de aire, que comprende:
- un cubo (BH) encajado en un eje rotativo de un
motor (13), y
- una pluralidad de aspas (2) encajadas en el
cubo BH y extendiéndose en dirección radial desde el cubo (BH) hasta
la punta (BT) del aspa y en una dirección de rotación desde un borde
delantero (LE) hasta un borde trasero (TE), comprendiendo cada aspa
(2) una porción de extremo que tiene un radio relativamente mayor en
comparación con una pluralidad de porciones del aspa (2) y una
porción de cubo que tiene un radio relativamente menor en
comparación con la pluralidad de porciones del aspa(2),
siendo el ancho de cada aspa (2), entre el borde delantero (LE) y el
borde trasero (TE), más pequeño en la porción de cubo que en la
porción de extremo,
caracterizado porque, suponiendo que una
coordenada, obtenida calculando una distancia (R) en la dirección
radial del aspa (2) y convirtiéndola en una distancia entre un radio
(Rh) en el cubo y un radio (Rt) en la punta (BT) del aspa en base a
un procedimiento no dimensional según r = (R - Rh)/(Rt - Rh), una
relación de curvatura máxima (Hc(r)), que es una relación
entre una curvatura máxima (Cmax) y una longitud de cuerda (1),
tiene un valor de 0,02 \pm 0,01 en el cubo (BH) de r = 0, un valor
de 0,04 \pm 0,015 en la punta (BT) del aspa de r = 1, y un valor
máximo de 0,05 \pm 0,02 en una porción de r = 0,06 - 0,75, en el
cual la relación de curvatura máxima (Hc(r)) en la porción de
r = 0,6 - 0,75 es mayor que la relación de curvatura máxima
(Hc(r)) en el cubo (BH) y es mayor que la relación de
curvatura máxima (Hc(r)) en la punta (BT) del aspa.
2. El ventilador de la reivindicación 1,
en el cual suponiendo que el diámetro del ventilador de flujo axial
es 380 \pm 2 mm, el diámetro del cubo es 100 \pm 2 mm, y el
número de aspas (2) es 4, la ecuación para calcular la relación de
curvatura máxima (Hc(r)) en toda la región de r =
0-1 es:
\vskip1.000000\baselineskip
Hc(r) =
\alpha r^{2} + \beta r +
\gamma,
\vskip1.000000\baselineskip
en la anterior
ecuación,
en caso de que r<r_{c}, \alpha es
(a-b)/r_{c}^{2}, y \beta es -2\alphar_{c},
y \gamma es a, y
en caso de que r\geqr_{c},
\alpha=(c-b)/(1-r_{c})^{2},
y \beta=-2\alphar_{c}, y
\gamma=b-\alphar^{2}-\betar_{c},
y en ese momento se adaptan los valores de a = 0,02, b = 0,05, c =
0,04 y r_{c} = 0,7.
3. El ventilador de la reivindicación 1,
en el cual la posición de la curvatura máxima (Cmax) del aspa (2)
está situada a 0,7 \pm 0,02 de la longitud de cuerda (1) en
dirección desde el borde delantero (LE) hacia el borde trasero
(TE).
4. El ventilador de la reivindicación 1,
en el cual el ángulo de regresión \theta del aspa (2) es de
39-41º en la región de r<0,5 y aumenta como una
parábola en base a un aumento de r en la región de r\geq0,5 y es
de 46-50º en la punta (BT) del aspa.
5. El ventilador de la reivindicación 2,
en el cual una variación de la longitud de cuerda (1) en base a una
variación de r se fija por la ecuación de 1 = 95 + (158,2 * r^{2}
+ 77 * r) \pm 2 (r<0,975).
6. El ventilador de la reivindicación 5,
en el cual una variación de la distancia (d) entre las aspas (2) se
determina en base a la ecuación de d = \pi/2 [r(Rt - Rh +
Rn] - [95 + (158,2 * ar^{2} + 77 * r)] \pm 2 en r<0,975.
7. El ventilador de la reivindicación 1,
en el cual suponiendo que el diámetro del ventilador de flujo axial
es 400 \pm 2 mm, el diámetro del cubo (BH) es 100 \pm 2 mm, y el
número de aspas (2) es 4, la ecuación para calcular la relación de
curvatura máxima (Hc(r)) en toda la región de r =
0-1 es:
\vskip1.000000\baselineskip
Hc(r) =
\alpha r^{2} + \beta r +
\gamma,
\vskip1.000000\baselineskip
en la anterior
ecuación,
en caso de que r<r_{c}, a es
(a-b)/r_{c}^{2}, y \beta es -2ar_{c}, y
\gamma es a, y
en caso de que r\geqr_{c},
\alpha=(c-b)/(1-r_{c})^{2},
y \beta=-2\alphar_{c}, y
\gamma=b-\alphar^{2}-\betar_{c},
y en ese momento se adaptan los valores de a = 0,02, b = 0,05, c =
0,0364 y r_{c} = 0,641.
8. El ventilador de la reivindicación 1,
en el cual suponiendo que el diámetro del ventilador de flujo axial
es 400 \pm 2 mm, el diámetro del cubo (BH) es 100 \pm 2 mm, y el
número de aspas (2) es 4, la ecuación para calcular la relación de
curvatura máxima (Hc(r)) en toda la región de r =
0-1 es:
Hc(r) =
\alpha r^{2} + \beta r +
\gamma,
en la anterior
ecuación,
en caso de que r<r_{c}, \alpha es
(a-b)/r_{c}^{2}, y \beta es -2\alphar_{c},
y \gamma es a, y
en caso de que r\geqr_{c},
\alpha=(c-b)/(1-r_{c})^{2},
y \beta=-2\alphar_{c}, y
\gamma=b-\alphar^{2}-\betar_{c},
y la relación de curvatura máxima (Hc(r)) se determina
adaptando los valores de a = 0,02, b = 0,05, c = 0,04 y r_{c} =
0,7 a una porción en la cual el diámetro del ventilador se determina
en base a una extrapolación en una porción en la cual el diámetro
del ventilador es superior a 380 mm.
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