ITTO20110362A1 - Gruppo ventilatore per veicoli - Google Patents

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ITTO20110362A1
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IT000362A
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Paolo Durello
Francesco Mercogliano
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Denso Corp
Denso Thermal Systems Spa
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Description

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE INDUSTRIALE DAL TITOLO: "Gruppo ventilatore per veicoli"
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un gruppo ventilatore per il raffreddamento di un radiatore, di un gruppo radiatore-condensatore o di un gruppo radiatore-condensatore-intercooler di un veicolo, comprendente:
un involucro avente un’apertura passante, attorno alla quale detto involucro definisce un anello di convogliamento aria, ed un supporto situato al centro di detta apertura,
un gruppo motore-ventola portato da detto supporto, includente una ventola assiale girevole rispetto a detto supporto attorno ad un asse di rotazione, ed
una struttura anulare di attenuazione del rumore, solidale all’anello di convogliamento aria e circondante detta ventola, detta struttura anulare presentando
- una pluralità di sporgenze che si susseguono lungo una direzione circonferenziale e si estendono radialmente verso l’asse di rotazione della ventola, ciascuna sporgenza avendo una faccia, delimitata nella direzione circonferenziale da spigoli laterali, la quale à ̈ rivolta verso detto asse di rotazione e sostanzialmente parallela ad esso, ed
- una pluralità di porzioni radialmente ribassate verso l’anello di convogliamento aria, intercalate fra dette sporgenze.
Un gruppo ventilatore di questo tipo à ̈ descritto da EP 1 914 402. Gruppi ventilatori con differenti geometrie della struttura anulare di attenuazione del rumore tonale sono descritti dai documenti US 5489 186, US 6863 496, US 7481 615 ed US 6 874 990.
Come à ̈ noto, per attenuare i fenomeni di ricircolazione dell’aria nel gruppo ventilatore à ̈ necessario ridurre per quanto possibile la distanza fra la punta delle pale della ventola e l’anello di convogliamento dell’aria o, nel caso di una ventola munita di un anello esterno che interconnette le estremità delle pale, la distanza fra tale anello esterno e l’anello di convogliamento dell’aria.
La ventola à ̈ la sorgente principale di rumore tonale; essendo costituita da un numero discreto di pale rotanti produce per la sua natura una “portanza instazionaria†che à ̈ la principale sorgente di rumore.
L’accoppiamento acustico fra ventola e convogliatore, in termini di volumi d'aria accoppiata, ha effetto sulla distribuzione spaziale e sulla direttività del campo di pressione acustica prodotto dalla “portanza instazionaria†, e pertanto influenza la componente tonale del rumore risultante.
La presenza di uno strato d’aria fra ventola e convogliatore à ̈ funzionale alla rotazione della ventola senza interferire con la struttura del convogliatore che porta la ventola, e garantisce l’accoppiamento fluidodinamico adeguato per ottenere la desiderata differenza di pressione fra lato a monte e lato a valle della ventola.
Da un punto di vista fluidodinamico, diminuire il volume di aria accoppiata comporta un aumento di efficienza, definita come rapporto fra potenza fluidodinamica in uscita (Q·∆P) e potenza elettrica in ingresso (V·I); ridurre il suddetto volume comporta a sua volta un aumento del salto di pressione offerto dal sistema ai flussi di ricircolazione che sono generati in corrispondenza delle punte delle pale, opponendosi pertanto alle relative perdite.
L’esistenza di un volume d’aria fra il convogliatore e la ventola provoca un aumento generalizzato del rumore a banda larga, ma soprattutto contribuisce ad esaltare i modi radiali che mantengono le fluttuazioni di portanza prodotte dalla rotazione delle pale; tali fluttuazioni di portanza sono all’origine della generazione di lobi spettrali localizzati di pressione sonora. Inoltre, la presenza di una parete che circonda la ventola determina fenomeni di riflessione e diffusione sonora che contribuiscono alle fluttuazioni del campo acustico esistente.
Per risolvere tali problemi sono state proposte in passato differenti strutture di attenuazione del rumore, quali quelle descritte nei documenti EP 1 914 402, US 5489 186, US 6863 496, US 7481 615 ed US 6874 990 sopra indicati.
La presenza di tali strutture di attenuazione determina un’irregolarità della superficie dell’anello di convogliamento che può avere uno od entrambi gli effetti suddetti:
1) favorire effetti di diffrazione e diffusione delle onde di pressione relative ad un piano perpendicolare all’asse della ventola che rendono casuale la distribuzione spaziale delle onde di pressione acustica, con conseguente riduzione della componente tonale del rumore generato;
2) indurre la formazione di vortici all’interno dei vani che hanno l’effetto di ridurre la sezione dal punto di vista fluidodinamico, preservando in tal modo le prestazioni fluidodinamiche (portata/prevalenza).
Uno scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire una geometria alternativa della struttura anulare di attenuazione del rumore, che riduca la componente tonale del rumore generato dalla ventola senza alterare l’efficienza del sistema in termini di portata d’aria mandata e di prevalenza.
Tale scopo à ̈ raggiunto secondo l’invenzione da un gruppo ventilatore del tipo definito all’inizio, in cui dette porzioni ribassate (i vani interposti fra le sporgenze) hanno ciascuna una faccia rivolta verso l’asse di rotazione della ventola, il cui profilo in direzione assiale à ̈ generalmente curvilineo e non parallelo a detto asse di rotazione.
Forme di realizzazione preferite dell’invenzione sono definite nelle rivendicazioni dipendenti, che sono da intendersi come parte integrante della presente descrizione.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del gruppo ventilatore secondo l’invenzione diverranno più chiari con la seguente descrizione dettagliata di una forma di realizzazione del trovato, fatta con riferimento ai disegni allegati, forniti a titolo puramente illustrativo e non limitativo, in cui:
- le figure 1 e 2 sono viste prospettiche di un gruppo ventilatore secondo l’invenzione;
- la figura 3 Ã ̈ una vista prospettica di un involucro del gruppo ventilatore di figura 1;
- la figura 4 à ̈ una vista in sezione trasversale dell’involucro di figura 4;
- le figure 5 e 6 sono viste in sezione del gruppo ventilatore di figura 1, prese in corrispondenza di differenti piani radiali;
- le figure 7 ed 8 sono viste prospettiche di una seconda forma di realizzazione di gruppo ventilatore secondo l’invenzione;
- la figura 9 Ã ̈ una vista prospettica di un involucro del gruppo ventilatore di figura 7;
- la figura 10 à ̈ una vista in sezione trasversale dell’involucro di figura 7; e
- le figure 11 a 13 sono viste in sezione del gruppo ventilatore di figura 7, prese in corrispondenza di differenti piani radiali.
Con riferimento alle figure 1 e 2, con 10 à ̈ indicato un gruppo ventilatore atto ad effettuare il raffreddamento di un radiatore, di un gruppo radiatore-condensatore o di un gruppo radiatorecondensatore-intercooler di un veicolo. Il gruppo ventilatore comprende un involucro 12 preferibilmente di materiale plastico stampato ad iniezione avente una forma atta a convogliare un flusso d’aria attraverso un radiatore, un gruppo radiatore-condensatore od un gruppo radiatorecondensatore-intercooler.
Con riferimento in particolare alla figura 3, l’involucro 12 ha un’apertura passante 14 ed un supporto 16 situato al centro dell’apertura 14. Attorno all’apertura 14 l’involucro 12 definisce un anello di convogliamento aria 17. Il supporto 16 à ̈ collegato all’anello di convogliamento aria 17 attraverso bracci radiali 18. Il supporto 16 porta un gruppo motore-ventola indicato con 20 nella figura 1. Il gruppo motore-ventola 20 comprende un motore elettrico 21 ed una ventola assiale 22 costituita di un materiale plastico stampato ad iniezione. La ventola 22 comprende un mozzo 24 dal quale si estende una pluralità di pale 26. La ventola 22 à ̈ girevole rispetto al supporto 16 attorno ad un asse di rotazione indicato con X nella figura 5.
Come à ̈ visibile nelle figure 1 e 2, la ventola 22 può essere munita di un anello esterno 28 solidale rispetto alle estremità esterne delle pale 26. L’anello esterno 28, se presente, à ̈ costituito da una parete sostanzialmente cilindrica 30 coassiale all’asse di rotazione X ed una parete radiale 32 contenuta in un piano ortogonale rispetto all’asse di rotazione X.
L’involucro 12 comprende una struttura anulare di attenuazione del rumore 34, fissata oppure formata in modo integrale con l’involucro e situata lungo l’anello di convogliamento aria 17, e quindi solidale a tale anello. La struttura anulare di attenuazione del rumore 34 circonda la ventola 22 ed à ̈ dotata di una pluralità di formazioni a prisma 36 a base quadrilatera che si susseguono lungo una direzione circonferenziale. Ciascuna formazione a prisma 36 presenta una sezione trasversale preferibilmente quadrata o rettangolare, e si estende in direzione assiale da una parete di fondo dell’anello di convogliamento aria 17. Ciascuna formazione a prisma 36 si estende inoltre in direzione radiale da una parete laterale dell’anello di convogliamento aria 17, costituendo una sporgenza che si estende radialmente verso l’asse di rotazione X della ventola 22. Come si può vedere in figura 4, le formazioni a prisma 36 sono formazioni cave, definendo rispettive cavità che sboccano sul lato radialmente esterno dell’anello di convogliamento aria 17, mentre sono chiuse dal lato radialmente interno e dal lato di ingresso aria del gruppo convogliatore (lato superiore nelle figure).
Ciascuna formazione a prisma 36 presenta una faccia radialmente interna 38, delimitata nella direzione circonferenziale da spigoli laterali 38a, la quale à ̈ rivolta verso l’asse di rotazione X ed à ̈ sostanzialmente parallela ad esso, ed una coppia di facce laterali 39 parallele l’una all’altra, le quali si estendono dagli spigoli laterali 38a fino all’anello di convogliamento aria 17. Secondo un modo di realizzazione dell’invenzione, le formazioni a prisma sono disposte allineate rispetto alla direzione radiale, ovvero con facce laterali 39 parallele rispetto a linee radiali di mezzeria rispettivamente associate a tali formazioni a prisma, in modo da avere la faccia radialmente interna 38 perpendicolare a tali linee radiali. Secondo una realizzazione alternativa, le formazioni a prisma sono disposte lievemente disallineate rispetto alla direzione radiale, ovvero lievemente ruotate rispetto ad un asse orientato nella direzione assiale, in modo da avere la faccia radialmente interna 38 disposta con un angolo diverso da 90° rispetto alla direzione radiale.
La struttura anulare di attenuazione del rumore 34 comprende inoltre una formazione a collare 41 estendentesi circonferenzialmente lungo l’anello di convogliamento aria 17 ed avente sezione traversale sostanzialmente triangolare, come si può vedere in figura 6.
Tale formazione a collare 41 si estende in direzione assiale dalla parete di fondo dell’anello di convogliamento aria 17 ed à ̈ suddivisa in porzioni di collare 43 che interconnettono le formazioni a prisma 36. Tali porzioni di collare 43 hanno ciascuna una faccia radialmente interna 44 rivolta verso l’asse di rotazione X della ventola, il cui profilo in direzione assiale à ̈ generalmente curvilineo e non parallelo all’asse di rotazione, come si può vedere in particolare in figura 6. In virtù di tale disposizione, le porzioni di collare 43 costituiscono di conseguenza porzioni radialmente ribassate (rispetto alle sporgenze costituite dalle formazioni a prisma) verso l’anello di convogliamento aria 17.
Le porzioni di collare 43 sono inoltre radialmente distanziate dalla parete laterale dell’anello di convogliamento aria 17, e cooperano con tale parete laterale (e con le formazioni a prisma 36) per formare rispettive tasche 45 aperte assialmente verso il lato di ingresso aria del gruppo ventilatore, come à ̈ evidente in particolare in figura 4.
Come si potrà apprezzare, la struttura anulare di attenuazione sopra descritta preserva l’accoppiamento fluidodinamico fra ventola e convogliatore realizzando una “tenuta a labirinto†e diffonde le riflessioni di onde di rumore riducendo la componente tonale del rumore prodotto.
Ciò à ̈ ottenuto grazie ai seguenti provvedimenti:
- la presenza di facce terminanti con spigoli definiti (le facce delle formazioni a prisma) vicino all’anello esterno della ventola permette di controllare lo sviluppo di vortici fra la ventola ed il convogliatore, e la presenza di vani (le porzioni di collare ribassate e le tasche) permette ai vortici di dissipare la propria energia;
- la forma della parete affacciata sulla ventola (la formazione a collare) fa sì che la distanza ventola-convogliatore vari in modo continuo lungo la direzione assiale, in modo tale che l’impedenza di riflessione del rumore vari in modo continuo lungo la direzione assiale;
- l’alternanza di sporgenze (formazioni a prisma) e porzioni ribassate (porzioni di collare) fa sì che l’impedenza di riflessione del rumore vari anche lungo la direzione circonferenziale.
La ridotta distanza fra ventola e convogliatore garantisce buone prestazioni di tenuta aerodinamica, mentre l’irregolarità della forma della struttura anulare di attenuazione evita riflessioni costruttive di onde sonore variando l’impedenza del sistema al rumore in tutte le direzioni.
Con riferimento alle figure 7 a 12, si descrive ora una seconda forma di realizzazione del gruppo ventilatore secondo l’invenzione.
Ad elementi corrispondenti a quelli della precedente sono stati assegnati gli stessi riferimenti numerici; tali elementi non verranno ulteriormente descritti.
L’involucro 12 del gruppo ventilatore ora illustrato presenta alcune differenze strutturali rispetto a quello precedentemente descritto, che non verranno trattate in questa sede in quanto non essenziali ai fini dell’invenzione.
In sostanza, l’involucro 12 comprende una struttura anulare di attenuazione del rumore 134, avente geometria differente rispetto a quella precedentemente descritta. Tale struttura anulare 134 à ̈ fissata oppure formata in modo integrale con l’involucro e situata lungo l’anello di convogliamento aria 17, e quindi solidale a tale anello. La struttura anulare di attenuazione del rumore 134 circonda la ventola 22 ed à ̈ dotata di una pluralità di prime e seconde formazioni a cengia 136, 137 che si susseguono lungo una direzione circonferenziale. Ciascuna formazione a cengia 136, 137 presenta una sommità sostanzialmente quadrilatera, rettilinea od incurvata ad arco, e si estende in direzione assiale fino ad una parete di fondo dell’anello di convogliamento aria 17. Ciascuna formazione a cengia 136, 137 si estende inoltre in direzione radiale da una parete laterale dell’anello di convogliamento aria 17, costituendo una sporgenza che si estende radialmente verso l’asse di rotazione X della ventola 22. Come si può vedere in figura 10, le formazioni a cengia 136, 137 sono formazioni cave. Le prime formazioni a cengia 136 definiscono rispettive cavità che sboccano sul lato radialmente esterno dell’anello di convogliamento aria 17, mentre sono chiuse dal lato radialmente interno e dal lato di ingresso aria del gruppo convogliatore (lato superiore nelle figure). Le seconde formazioni a cengia 137, che sporgono radialmente verso l’asse X del gruppo ventilatore di una misura maggiore rispetto alle prime formazioni a cengia 136, formano rispettive tasche, che verranno descritte più avanti.
Ciascuna seconda formazione a cengia 137 presenta una faccia radialmente interna 138, delimitata nella direzione circonferenziale da spigoli laterali 138a, la quale à ̈ rivolta verso l’asse di rotazione X ed à ̈ sostanzialmente parallela ad esso, ed una coppia di facce laterali 139, le quali si estendono dagli spigoli laterali 138a fino all’anello di convogliamento aria 17.
Ciascuna prima formazione a cengia 136 presenta una faccia radialmente interna 143, rivolta verso l’asse di rotazione X, ed il cui profilo in direzione assiale à ̈ generalmente curvilineo e non parallelo all’asse di rotazione, come si può vedere in particolare in figura 13. Alcune delle prime formazioni a cengia 136 presentano le rispettive facce radialmente interne 143 delimitate nella direzione circonferenziale da spigoli laterali 143a, e presentano una coppia di facce laterali, le quali si estendono dagli spigoli laterali 143a fino all’anello di convogliamento aria 17. Altre delle prime formazioni a cengia 136 sono adiacenti ad almeno una delle seconde formazioni a cengia 137, per cui le rispettive facce radialmente interne 143 sono raccordate ad una delle facce laterali 139 della/e seconda/e formazione/i a cengia 137 adiacente/i.
Nelle posizioni in cui sono assenti le formazioni a cengia 136, 137, l’anello di convogliamento aria 17 à ̈ direttamente affacciato verso l’asse di rotazione X. In corrispondenza di tali posizioni l’anello di convogliamento aria 17 definisce pertanto porzioni di faccia radialmente interna 144 rivolte verso l’asse di rotazione X della ventola, il cui profilo in direzione assiale à ̈ generalmente curvilineo e non parallelo all’asse di rotazione, come si può vedere in particolare in figura 12.
In virtù della disposizione sopra descritta, le prime porzioni a cengia 136 e le porzioni di faccia radialmente interna 144 costituiscono porzioni radialmente ribassate (rispetto alle sporgenze costituite dalle seconde formazioni a cengia 137) verso l’anello di convogliamento aria 17.
Le seconde porzioni a cengia 137 sono cave, ciascuna di esse avendo una parete radialmente interna (in corrispondenza della quale à ̈ ricavata la rispettiva faccia radialmente interna 138) radialmente distanziata dalla parete laterale dell’anello di convogliamento aria 17, e cooperando con tale parete laterale per formare una rispettiva tasca 145 aperta assialmente verso il lato di ingresso aria del gruppo ventilatore, come à ̈ evidente in particolare in figura 10.
Come si potrà apprezzare, la struttura anulare di attenuazione sopra descritta preserva l’accoppiamento fluidodinamico fra ventola e convogliatore realizzando una “tenuta a labirinto†e diffonde le riflessioni di onde di rumore riducendo la componente tonale del rumore prodotto.
Ciò à ̈ ottenuto grazie ai seguenti provvedimenti:
- la presenza di facce terminanti con spigoli definiti (le facce delle seconde formazioni a cengia) vicino all’anello esterno della ventola permette di controllare lo sviluppo di vortici fra la ventola ed il convogliatore, e la presenza di vani (le prime formazioni a cengia e le porzioni di faccia radialmente interna dell’anello di convogliamento, nonché le tasche) permette ai vortici di dissipare la propria energia;
- la forma della parete affacciata sulla ventola (le prime formazioni a cengia e le facce radialmente interne dell’anello di convogliamento) fa sì che la distanza ventola-convogliatore vari in modo continuo lungo la direzione assiale, in modo tale che l’impedenza di riflessione del rumore vari in modo continuo lungo la direzione assiale;
- l’alternanza di sporgenze (seconde formazioni a cengia) e porzioni ribassate a livelli differenti (le prime formazioni a cengia e le porzioni di faccia radialmente interna dell’anello di convogliamento) fa sì che l’impedenza di riflessione del rumore vari anche lungo la direzione circonferenziale.
La ridotta distanza fra ventola e convogliatore garantisce buone prestazioni di tenuta aerodinamica, mentre l’irregolarità della forma della struttura anulare di attenuazione evita riflessioni costruttive di onde sonore variando l’impedenza del sistema al rumore in tutte le direzioni.

Claims (6)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Gruppo ventilatore (10) per il raffreddamento di un radiatore, di un gruppo radiatorecondensatore o di un gruppo radiatore-condensatoreintercooler di un veicolo, comprendente: un involucro (12) avente un’apertura passante (14), attorno alla quale detto involucro definisce un anello di convogliamento aria (17), ed un supporto (16) situato al centro di detta apertura, un gruppo motore-ventola (20) portato da detto supporto, includente una ventola assiale (22) girevole rispetto a detto supporto attorno ad un asse di rotazione (X), ed una struttura anulare di attenuazione del rumore (34; 134), solidale all’anello di convogliamento aria (17) e circondante detta ventola, detta struttura anulare presentando - una pluralità di sporgenze (36; 137) che si susseguono lungo una direzione circonferenziale e si estendono radialmente verso l’asse di rotazione (X) della ventola, ciascuna sporgenza avendo una faccia (38; 138), delimitata nella direzione circonferenziale da spigoli laterali (38a; 138a), la quale à ̈ rivolta verso detto asse di rotazione e sostanzialmente parallela ad es so, ed - una pluralità di porzioni (43; 136, 144) radialmente ribassate verso l’anello di convogliamento aria (17), intercalate fra dette sporgenze, caratterizzato dal fatto che dette porzioni ribassate hanno ciascuna una faccia (44; 143, 144) rivolta verso l’asse di rotazione (X) della ventola, il cui profilo in direzione assiale à ̈ generalmente curvilineo e non parallelo a detto asse di rotazione.
  2. 2. Gruppo ventilatore secondo la rivendicazione 1, in cui detta struttura anulare presenta una pluralità di porzioni di struttura anulare radialmente distanziate da una parete laterale dell’anello di convogliamento aria, le quali cooperano con detta parete laterale per formare rispettive tasche aperte assialmente verso il lato di ingresso aria del gruppo ventilatore.
  3. 3. Gruppo ventilatore secondo la rivendicazione 2, in cui detta struttura anulare comprende una pluralità di formazioni a prisma (36) a base quadrilatera che si susseguono lungo una direzione circonferenziale, ciascuna formazione a prisma estendendosi in direzione assiale da una parete di fondo dell’anello di convogliamento aria (17), ed in direzione radiale da una parete laterale dell’anello di convogliamento aria (17), ed una formazione a collare (41) estendentesi circonferenzialmente lungo l’anello di convogliamento aria (17) ed avente sezione traversale sostanzialmente triangolare, e suddivisa in porzioni di collare (43) che interconnettono le formazioni a prisma (36), in cui dette formazioni a prisma costituiscono dette sporgenze e dette porzioni di collare costituiscono dette porzioni ribassate.
  4. 4. Gruppo ventilatore secondo la rivendicazione 3, in cui dette tasche sono formate dalle porzioni di collare (43) in cooperazione con la parete laterale dell’anello di convogliamento aria (17).
  5. 5. Gruppo ventilatore secondo la rivendicazione 2, in cui detta struttura anulare à ̈ dotata di una pluralità di prime e seconde formazioni a cengia (136, 137) che si susseguono lungo una direzione circonferenziale e presentano ciascuna una sommità sostanzialmente quadrilatera, rettilinea od incurvata ad arco, ciascuna di esse estendendosi in direzione assiale fino ad una parete di fondo dell’anello di convogliamento aria (17), ed in direzione radiale da una parete laterale dell’anello di convogliamento aria (17), le seconde formazioni a cengia (137) sporgendo radialmente verso l’asse di rotazione (X) della ventola di una misura maggiore rispetto alle prime formazioni a cengia (136), in cui l’anello di convogliamento aria (17) presenta facce radialmente interne (144) direttamente affacciate verso detto asse di rotazione, ed in cui dette seconde formazioni a cengia costituiscono dette sporgenze e dette prime formazioni a cengia e dette facce radialmente interne dell’anello di convogliamento aria (17) costituiscono dette porzioni ribassate.
  6. 6. Gruppo ventilatore secondo la rivendicazione 5, in cui dette tasche sono formate dalle seconde formazioni a cengia (137) in cooperazione con la parete laterale dell’anello di convogliamento aria (17).
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