JP2018526569A - ファンホイール、ファン、及び、少なくとも１つのファンを備えるシステム - Google Patents

Abstract

ファンのファンホイールは、波状構造のファンブレードを少なくとも２つ備える。ファンは、少なくとも１つのこのようなファンホイールを有する。システムは、このようなファンホイールを備える少なくとも１つのファンを有する。
【選択図】図４ａ

Description

本発明は、ファンホイール、ファン、及び、少なくとも１つのファンを備えるシステムに関するものである。

一般的に、ファンホイールは、放射状ファンホイール、斜流ファンホイール、軸流ファンホイールを指すのみならず、ファンの入口ガイドベーンまたは出口ガイドベーン（静翼）を指していると理解される。

特定のファン効率（体積流量増加及び圧力増加）を達成しながら、騒音放射音が低いファンを製造することが、ファン製造業者にとって基本的な関心事となっている。
特に、騒音放射音は、ファンをシステムの内部に取り付ける場合に低く抑える必要がある。
このようなシステムでは、流入外乱がこのようなシステム内のファンの入口で発生する場合が多い。
このような流入外乱により、従来のファンの騒音（音調騒音）レベルが、ブレード通過周波数の整数倍である低振動数において大きくなる。
ファンが、幾つかのファンホイールから成る場合、例えば、静翼及び動翼から成る場合、下流に位置するファンは、ファンホイールが上流に位置していることにより発生する流入外乱の影響を受ける。
これにより、騒音が、特に、音調騒音が強くなる。
また、技術製造上の理由及び／又は経済的理由により、ファンホイールブレード（異形翼形ではないファンブレード）を薄板金属により作製している。
しかしながら、このようなブレードを備えるファンは、広帯域の振動周波数の騒音放射音（広帯域の振動周波数の騒音）が大きくなり易い。
また、異形翼形ではないファンブレード及び異形翼形ファンブレードに含まれるファンブレードの尖っていない後縁が、騒音（後縁騒音）源を形成する。

補助ファンは、欧州特許出願公開第２４１８３８９（Ａ２）号明細書から知ることができ、この欧州特許出願公開第２４１８３８９（Ａ２）号明細書は、広帯域の振動周波数の騒音放射音レベルが、ヘッドギャップにおける流体漏れが原因でファンブレードの径方向外側領域のファンホイールが特殊構造になっているので特に低くなることを示している。
具体的には、この特殊構造は、径方向外側領域において局所的にスパン方向に見られるファンブレードの軌跡が、軌跡がファンブレードの残りの領域におけるスパン方向に逸脱することにより見分けられる。
しかしながら、このようなファンホイール構造により、流入外乱により発生する音調騒音を全てではないが抑制することができるか、または、不十分にしか抑制することができない。
同様に、いずれの構造によっても、異形翼形ではないファンブレードの広帯域の振動周波数の騒音を抑制することができない、または、後縁騒音を抑制することができない、もしくは、これらの騒音を不十分な程度にしか抑制することができない。

米国特許出願公開第２０１３／０１６４４８８（Ａ１）号明細書から、異形翼形ファンブレードを知ることができ、この異形翼形ファンブレードは、流入により発生する音調騒音を、ファンのファンブレードの前縁を特殊な波状構造とすることにより、抑制することができる。

本発明の目的は、ファンホイールを備えることにより、このファンホイールが騒音放射音を、先行技術と比較して小さくすることにある。
同時に、このファンホイールを作製及び製造し易くすることを目的としている。
対応するファン及びファンを備えるシステムが提示される。

本発明の目的は、請求項１の特徴により解決される。
ファンに関しては、請求項１１の特徴により解決される。
システムに関しては、請求項１３の特徴により解決される。

本発明によれば、ファンホイールは、波状構造のファンブレードを少なくとも２つ備え、「波状」は、最も広い意味で理解されるべきである。
これらの図、すなわち、添付の図１〜図３により、それぞれのファンブレードの波状構造について明確に理解することができる。

特に、構造及び製造を簡単にするという観点から考察すると、ファンブレードの表面は、波形が基本的にブレード前縁及び／又はブレード後縁を指していることを意味する場合に、ファンブレードの断面形状で見て波状ではない、または、殆ど波状ではない場合が有利である。
この場合、製造が簡単であることと、騒音を抑制することとの妥協点を見出すことが必要である。

同様に、波形が、ファンブレード表面全体にわたって延在することにより、騒音を更に抑制することが好ましい。
具体的に言うと、波形は、同じ振幅で、または、振幅を変えながら、ファンブレードの内側端部からファンブレードの外側端部まで延在し、ブレード前縁からブレード後縁まで、両方の辺縁が波状に形成されている状態で延在するのが好ましい。

波形は、ファンブレードの寸法によって異なるが、略湾曲形状で延在し、好ましくは、３ｍｍ〜５０ｍｍの範囲の振幅の略湾曲形状で延在する。
振幅は、最大ファンホイール径の０．５〜５％を構成する。

カバーリングが設けられない状態のファンブレードの最外側領域、すなわち、自由端は、逆湾曲刃状の姿勢、場合によっては、Ｖ姿勢で終端する。
この特殊構造は、ファンの広帯域騒音を動作中に抑制することができることを意味している。
この構造は、ウィングレットによる効果により達成される効果と同等の効果が得られる。

ファンブレードは、ハブリングまたはカバーリングへの移行部のファンブレードの内側端部及び／又は外側端部の領域内に波形を利用して設計する。
波形の構造は、ファンブレードが、非波状基準ブレードがハブリングまたはカバーリングのそれぞれと、より小さな鋭角、または、より大きな鈍角をなして立設されることになる場合でも、少なくとも所定の断面形状に沿って、ハブリングまたはカバーリングと７５°〜１０５°の角度、好適には、約９０°の角度をなして立設される。
これは、製造、剛性、空力学、及び、空力音響学の観点から有利である。

製造技術の観点から、及び、コストに関して、大きな利点は、ファンブレードが、１層の薄板金属（金属またはプラスチック）から製造される場合に得られる。
波状構造は、高い製造コストを要し、長時間を要するエアフォイルの断面形状と同様の断面形状を有するファンブレードを用いることにより得られるのと同じように、ファンの空力学及び空力音響学の観点から、ファンブレードが薄板金属から製造される。

エアフォイルの断面形状と同様の断面形状を有するファンブレードは、ファンブレードが鋳込み成形法（樹脂鋳込み成形または金属鋳込み成形）により製造される、または、ファンホイール全体が、このような構造の状態で入手される。
ファンホイールは、放射状／斜流／軸流ファンホイールまたは入口ガイドベーンもしくは出口ガイドベーンを含むことができる。

本発明によるファンは、上に説明した構造に対応する少なくとも１つのファンホイールを含む。
ファンが、先行技術によるそれ自体が公知の少なくとも１つの別のファンホイールであることを示している。
本発明によるファンホイールと従来のファンホイールの組み合わせが利点をもたらすことができ、騒音放射音の点で妥協する必要がある。

本発明によるシステムは、前に説明したような少なくとも１つのファンを備えるシステムである、すなわち、本発明による少なくとも１つのファンを用いるシステムである。
例として、温度調節装置または高精度温度調節装置、小型温度調節箱、電子冷却モジュール、産業用発電機換気設備及び住宅用発電機換気設備、ヒートポンプなどをそれぞれ挙げることができる。
本発明によるシステムに不可欠なものは、本発明による少なくとも１つのファンが、本発明による少なくとも１つのファンホイールを備えるように配設されることである。

本発明の教示を有利な方法で展開して拡張する様々な選択肢が存在する。
この点に関して、請求項１及び請求項１１の従属請求項が参照され、ファンホイールの波状構造の説明、及び、本発明の構造に関する説明が、図面に基づいて参照される。
図面に基づく本発明の説明と併せて、別の変形例に関する説明が更に提供される。

ファンホイールの波状構造を説明する概略図。 等スパン面の定義を説明する放射状ファンホイールの断面概略図。 等スパン面の定義を説明するための斜流ファンホイールの断面概略図。 等スパン面の定義を説明するための軸流ファンホイールの断面概略図。 異形翼形ではないファンブレードを用いた場合の等スパン面の断面概略図。 異形翼形ファンブレードを用いた場合の等スパン面の断面概略図。 スパン方向の関数軌跡の波形の定義を説明する関数軌跡の概略図。 剥き出しの特殊構造の内側端部及び外側端部を有する波状ファンブレードを備える軸流ファンホイールの斜視図。 軸方向斜めに平面視断面形状で見た図４ａによる軸流ファンホイールのファンブレード。 ブレード表面は波状ではなく、異形翼形ではない波状ファンブレードを備える薄板構造の放射状ファンホイールの斜視図。 径方向斜めに平面視断面形状で見た図５ａによる放射状ファンホイール。 ブレード表面が波状であって、異形翼形ではない波状ファンブレードを備える金属薄板構造の放射状ファンホイールの斜視図。 径方向斜めに見た図６ａによる放射状ファンホイール。 径方向斜めに平面視断面形状で見た図６ａによる放射状ファンホイール。 ブレード表面は、ブレード前縁の近傍で波状であって、異形翼形波状ファンブレードを備える出口ガイドベーン（静翼）の斜視図。 径方向斜めに平面視断面形状で見た図７ａによる出口ガイドベーンのファンブレード。

図１ａ、図１ｂ、及び、図１ｃに基づいて、ファンホイール２の等スパン面（ｉｓｏｓｐａｎ ｓｕｒｆａｃｅｓ）の定義について説明し、この定義が、以下においてファンホイールブレードの波形の定義の基本を形成する。
等スパン面は、ファンホイール軸１の回りの子午面（ｍｅｒｉｄｉｏｎａｌ ｐｌａｎｅ）にある等スパン曲線と以後表記される特定の曲線から成る回転面である。
ファンブレード３を備えるこのような等スパン面のセクションについて、次に考察する。

図１ａは、回転軸に対応するファンホイール軸１を通る平面における放射状構造のファンホイール２を概略図で示している。
このような平面は、子午面３ａと表記される。
ファンホイール軸１は、常に、選択図では、水平方向に配向される。
一例として図示される放射状フライホイールは、ハブリング４、カバーリング５だけでなく、ハブリング４とカバーリング５との間に延びるファンブレード群から成る。
図示の構造では、ハブリング４及びカバーリング５は、ファンホイール軸１回りの回転体である。
断面形状では、ハブリング４及びカバーリング５は、平面視で点線で示され、それぞれ、ハブリング４及びカバーリング５の半分だけが、ファンホイール軸１の上方に示されている。
ファンブレード３は、これらのファンブレード３の子午面３ａの形状で示されている。
ファンブレード３の子午面３ａは、ファンホイール軸１の上方の子午面断面形状の全点を結ぶ形状に対応し、これらの点は、ファンホイール軸１回りのファンホイール２の少なくとも１つのランダムな回転位置にある１つのファンブレード３の内部に見出される。

ファンブレード３の子午面３ａは、４つの流入側辺縁６、流出側辺縁７，内側辺縁８，及び外側辺縁９を有する。
流入側辺縁６は、流出側辺縁７と共に、貫通流方向におけるファンブレード３の子午面３ａの境界を表わしている。
ファンブレード３の内側ハブリング側の端部に対応する内側辺縁８は、ファンブレード３の外側環状カバーリング側の端部に対応する外側辺縁９と共に、スパン方向の境界を表わしている。

内側辺縁８及び外側辺縁９をそれぞれ援用して、最内側等スパン曲線１０及び最外側等スパン曲線１１が、それぞれ、ｓ＝０．０及びｓ＝１．０それぞれの標準スパン座標で定義される。
最初に、内側辺縁８及び外側辺縁９自体が、対応する最内側等スパン曲線１０，最外側等スパン曲線１１の断面形状として使用される。
ファンブレード３の子午面３ａ全体が、両方の最内側等スパン曲線１０及び最外側等スパン曲線１１上を延びるだけでなく両方の直線延伸部分１２，１３上を延びる略方形形状の内側に位置し、両方の直線延伸部分１２，１３が、それぞれ、同じ最内側等スパン曲線１０及び最外側等スパン曲線１１の流入側端点及び流出側端点の両方を結ぶために、内側辺縁８，外側辺縁９に接するように結び付く、より一層十分長い直線延長部分１２，１３を必要に応じて、両方の内側辺縁８及び／又は外側辺縁９の流入側端点及び／又は流出側端点に取り付け、これらの直線延長部分１２，１３が、次に同様に、対応する最内側等スパン曲線１０，最外側等スパン曲線１１の一部を形成するようにする。
直線延伸部分１２は、流入側の等子午面位置曲線と表記され、この流入側の等子午面位置曲線では、子午面長位置ｍの原点が定義される。
直線延伸部分１３は、流出側の等子午面位置曲線と表記され、この流出側の等子午面位置曲線では、子午面長位置ｍは、直線延伸部分１２から直線延伸部分１３まで対応する等スパン曲線の長さの所定の値を採るものとする。
直線延伸部分１２と１３との間の所定の点の子午面長位置ｍの値は、直線延伸部分１２から考察対象の点まで関連する等スパン曲線の延伸部分の長さに対応する。

最内側等スパン曲線１０と最外側等スパン曲線１１との間の等スパン曲線は、最内側等スパン曲線１０及び最外側等スパン曲線１１を線形組み合わせすることにより、０．０と１．０との間の各標準スパン座標ｓに定義され、これにより、線形組み合わせが、子午面座標ｍの同じ値について必ず行なわれる。
図１ａでは、等スパン曲線１４が、ｓ＝０．７で線引きされている。

図１ｂは、子午面３ａにおける斜流構造のファンホイール２の概略図を示している。
等スパン曲線は、図１ａに関する構造と同様にして定義することができる。
図１ａとは異なり、この場合、内側辺縁８，外側辺縁９の延長部分が、これらの辺縁の流出側端において必要となるのに対し、図１ａでは、内側辺縁８，外側辺縁９の延長部分は、当該辺縁の流入側端において必要となる。
フライホイール２の幾何学構造によって異なるが、延長部分が必要ではない場合、または、延長部分が両端に必要である場合もある。

更に、図１ｃは、子午面３ａにおける軸流構造のファンホイール２の概略図を示している。
カバーリングは、この例には含まれず、ファンブレード３は、外側自由端を有する。
この場合も同じく、等スパン曲線は、図１ａまたは図１ｂに関する構造と同等である。
ファンホイール軸１回りの等スパン曲線の回転面として常に定義される等スパン面は、図示の円筒ジャケット面であり、軸流フライホイールに典型的な場合を表わしている。

特に、ファンホイール構造を、自由外側辺縁を備えるファンブレード３に設けることもでき、ファンブレード３の子午面３ａの辺縁を流入側境界６，流出側境界７，内側境界８，外側境界９に分割する分割境界は、不明瞭である。
具体的には、多くの構造では、内側境界８及び／又は外側境界９を明確に割り付けることができない。
このような場合においては、ファンブレード３の子午面３ａにおける境界全体の分割を、流入側境界６及び流出側境界７それぞれの「流入側」及び「流出側」のみならず、内側境界８及び外側境界９それぞれの「スパン方向内側」及び「スパン方向外側」という形態で直観的に行なって、有限長の流入側境界６，流出側境界７，内側境界８，及び，外側境界９とする必要がある。
等スパン曲線の定義は、不明瞭である、すなわち、幾つかの有効な定義が、ファンホイール構造に関して、本発明が記述されるという意味で存在する。
本発明では、ファンブレード３は、以下の波形について行なわれる定義が、等スパン曲線の有効な定義として適用される場合に波状である。

同じようにして、等スパン曲線及び等スパン面は、また、静翼（例えば、入口ガイドベーンまたは出口ガイドベーン）に関して定義することができる。

図２ａ及び図２ｂでは、ファンブレード３の断面形状１６が一例として示され、等スパン面が、ランダム標準スパン座標で、０．０と１．０との間に示されている。
このような断面形状は、普通、１つの平面に位置することがない。
概略表示を１つの平面で行なうために、追従（実角度）表示を用いる、すなわち、図２ａ及び図２ｂに描かれる角度は、１つのファンブレード３を含む等スパン面の３次元断面形状と同じ大きさの角度を有する。
断面形状の長さに関する全ての詳細な長さは、３次元断面形状面に関する実際の長さを意味する。
これらの断面形状は、平面で表示されているためにゆがんでいる。

異形翼形ではないファンブレード３の断面形状１６は、図２ａに等スパン面を有するものとして示されている。
この断面形状１６では、座標軸θ及び子午面座標ｍを有する２次元座標系１５が原点（ゼロ点）を基準に描かれている。
座標軸θは、ファンホイールの円周方向の長さの座標であり、ｍは、既に説明した子午面座標である。
各スパン座標ｓの座標軸θに関する原点（ゼロ点）は、固定ファンホイール座標系の同じ角度位置（同じ子午面３ａ）に見出される。
ｍに関する原点（ゼロ点）は、図１ａ〜図１ｃにおいて説明されるように、流入側の等子午面位置曲線１２に見出される。

ファンブレード３の断面形状１６は、ファンブレード３の断面形状１６の仮想正中線１７により明確に特徴付けられる。
ブレード厚さｄは、この仮想正中線１７に重ね合わされる。
ファンブレード３が異形翼形ではない場合、厚さｄは、ファンブレード３の子午面延長部分に沿ってほぼ一定である。
このようなファンブレード３の場合、厚さｄは、全てのスパン座標ｓについても一定である。
これは、ファンブレード３を薄板金属から、またはプラスチックから低コストで製造することができることを意味している。
ブレード前縁１８の近傍では、この例における厚さｄは、当該箇所の薄板ブレードに丸みが付いていて音響の点で利点をもたらすことができるので、一定の厚さから逸脱している。
ブレード後縁１９の近傍では、厚みの軌跡から、ファンブレード３が徐々に幅狭になっていくのが分かり、これは、例えば、一定の厚みの薄板金属を後処理することにより実現できるので、後縁騒音を抑制することができる。
これにも拘らず、このようなファンブレード３は、異形翼形ではない薄板金属ブレードと表記される。

ブレード前縁１８から測定される仮想正中線１７の子午面延伸部分の半分の箇所に位置する仮想正中線１７の中点２０は、座標ｍ_ｃ及びθ_ｃを有する。
ファンブレード３の断面形状が子午面方向または円周方向にそれぞれシフトしていることが、これらの座標により特徴付けられる。
ファンブレード３の断面形状１６は、延伸部分ｌを子午面座標ｍの方向に有する。
ブレード前縁１８では、仮想正中線１７が、円周方向と角度β１をなしている。ブレード後縁１９では、仮想正中線１７が、円周方向と角度β２をなしている。
角度β１及び角度β２は、ファンホイールの空力学特性及び空力音響特性にとって重要である。
両方の角度の平均値は、両方の角度の間に差があるファンブレード３の断面形状１６の食い違い角の基準となって、ファンブレード３の断面形状１６の相対曲率の基準を形成する。
円周方向におけるファンブレード３の断面形状１６の延伸部分は、子午面方向におけるファンブレード３の断面形状１６の延長部分ｌ、及び、食い違い角、すなわち、角度β１及び角度β２から生成される概略平均値に大きく左右される。

異形翼形ファンブレード３の断面形状１６は、図２ｂに等スパン面を有するものとして示されている。
図２ａに関して行なわれた考察が、この場合にも当てはまる。
しかしながら、厚さ分布が一定ではない。
厚さは、子午面位置ｍの関数として一層大きく変わる。
実施形態では、厚さ分布は、エアフォイルの断面形状の厚さに類似するように設定される。最大厚さｄ_ｍａｘが、ファンブレード３の断面形状１６を有する場合に付与される。
このような厚さ分布は、異形翼形ファンブレード３に固有である。
異形翼形ファンブレード３は、ファンの効率及び音響の点で有利である。
しかしながら、このようなファンブレード３の製造は、異形翼形ではないファンブレード３の場合よりも、特に薄板金属を製造する場合よりも長い時間を要する。
異形翼形ファンブレードの場合、厚さ分布及び最大厚さｄ_ｍａｘもスパン座標ｓによって異なってしまう。

図２ａ及び図２ｂにおけるファンブレード３の断面形状１６は、ファンブレード３から前方に遮蔽物が無い状態で眺めたときに、ブレード前縁１８からブレード後縁１９までの全領域を含む。
ブレード構造及び最内側等スパン曲線１０及び最外側等スパン曲線１１の定義によって異なるが、特に、標準スパン座標ｓが最内側等スパン曲線１０及び／又は最外側等スパン曲線１１の領域内にある場合、ファンブレード３が部分的にのみ異形翼形になる、すなわち、ファンブレード３の断面形状１６は、遮蔽物が全く無い状態では、ブレード前縁１８からブレード後縁１９までの全領域を含むという訳ではないことが起こる。
このようなファンブレード３の断面形状１６は、波形を定義する場合において無関係であると定義され、標準スパン座標ｓの領域は、波形を定義するという点で制限されてこのような不完全な断面形状が生じないようになる。

構造サイズが、等スパン面を有するファンブレード３の断面形状１６について図２ａ及び図２ｂに従って定義される場合、ランダムファンブレード３の軌跡は、標準スパン座標ｓの関数である。

図３に基づいて、このような関数の軌跡が波形として定義される場合の説明を行なう。
図３は、ランダムサイズの関数２１の軌跡を示しており、ランダムサイズは、例えば、子午面方向の特定の位置ｍ^＊におけるβ１，β２，ｌ，ｍ_ｃ，θ_ｃ，β１−β２，厚さｄのｄ_ｍａｘとすることができる、または、標準スパン座標ｓによって異なるファンブレード３の断面形状の別のサイズとすることができる。
関数２１の軌跡は、波状である。
関数２２の同様の入力軌跡は、関数２１の軌跡と同様の軌跡を辿る傾向にあるが、波状ではない。
入力軌跡は、関数２１の軌跡をフィルタ処理することにより生成されている。
採用するフィルタは、関数２１の近似関数、この場合のｓ = ０．０〜ｓ = １．０の関連区間の最小二乗法の３次多項式といった関数である。

更に、差分２３が、関数２１の軌跡及び関数２２のフィルタ処理後の軌跡に基づいて、図示されている。
差分関数２３を援用して、波形に関する適切な定義を与えることができる。
具体的には、差分関数２３から、ｓ = ０．０〜ｓ = １．０の関連区間において、幾つかの極点が明らかになり、４つよりも多くの極点が明らかになる。
差分関数２３から、この区間における幾つかのゼロクロス点が明らかになり、３つよりも多くのゼロクロス点が明らかになる。
差分関数から更に、幾つかの極点が明らかになる、３つよりも多くの極点が明らかになると有利である。
これらの基準の各基準により、これが波状であるという関数２１の軌跡に関する記述が得られる。
この例から更に、所定の関数の非波状軌跡を起点として、波状軌跡を実現しようとする意図がある場合、非波状関数に、差分関数２３と同様の適切な波状関数を更に重ね合わせることができる。

図３に基づいて、波状関数の波長λ及び振幅Ａが定義される。
波長λは、差分関数２３の所定のゼロクロス点と１つおいて隣のゼロクロス点との間の標準スパン座標ｓの差として定義される。
λは、無次元波長であり、無次元波長は、標準スパン座標ｓについて確認されることになり、標準スパン座標ｓで０．０〜１．０のファンブレード全体を辿る。
このような理由により、ファンブレード３のスパンを超える波の数は、約１．０／λに相当する。

更に、波長寸法λが導入され、波長寸法は、長さの単位を有し、具体的には、波長寸法値として、スパン方向に測定される互いに連続する２つの波頂部の幾何学距離を有する。
振幅Ａは、差分関数２３の極点の関数値の大きさに対応する。
λ，Λ、及びＡは、一定ではなく、差分関数２３の軌跡の特定領域においてそれぞれ変化し得る、または、それぞれファンブレード３を上回って見える。
差分関数は、必ずしも曲線関数と同様の軌跡を辿る必要がない。
差分関数は、前述の波形の定義のみが満たされる場合には、ギザギザ状、階段状、鋸歯状、櫛歯状、舌状、またはその他の形状である軌跡を有する。

一般的には、ファンブレード３は従って、関数β１，β２，ｌ，ｍ_ｃ，θ_ｃ，β１−β２，ｄ_ｍａｘ，β１＋β２、またはｄ（ｍ^＊）のうちの少なくとも１つが、与えられる定義に従った波形である場合に、スパン方向に波状であると表記される。

図４ａは、軸流構造のファンホイール２を後方から斜めに見たときの斜視図を示している。
ファンブレード３は、波状である。
これらのファンブレード３の波形は、非波状基準ブレードの円周方向の長さ座標θ_ｃを１０ｍｍの振幅の曲線形の波形に重ね合わせることにより実現された。
振幅は、長さの幅として、３ｍｍ〜２０ｍｍである。
ファンブレード３を参照すると、このファンブレード３により湾曲刃状の波形及びＶ姿勢の波形が得られる。
ファンブレード３の波形は、ブレード前縁１８及びブレード後縁１９の顕著な波形により容易に認識することができる。
このような波形の場合、長さ座標θ_ｃを重ね合わせる対象となる振幅も、この場合も同じく、ブレード前縁１８及びブレード後縁１９の波形のサイズについて、ほぼ同じである。

異形翼形で表示される同じファンホイール２のファンブレード３を示している図４ｂでは、波形がファンブレード３全体にわたって続いていることが分かる。
ファンブレード３の全表面が、波状である。
約４１／４個分の波長が、ファンブレード３のスパン幅方向に延びる延伸部分の全体にわたって延びている。
約３個〜約１２個分の波長が、ファンブレード３のスパン幅方向に延びる延長部分全体にわたって延伸している。
図４ｂでは、断面形状平面に位置している標準スパンｓの座標方向が描かれている。
更に、スパン方向の波長寸法Λは、この断面形状の所定の部位に描かれている。
この波長は、最大ファンホイール径が６３０ｍｍの場合の約３ｃｍに相当する。
換気状態によって異なるが、このような波長は、５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲、または、最大ファンホイール径の０．５％〜５％の範囲とする。

ブレード前縁１８が波形になっているので、音調騒音を抑制することができ、音調騒音は、動作状態のファンホイールへの流入外乱の結果として発生する。
図４ａ及び図４ｂにおける湾曲刃状の波形により、空力学的観点から、高い揚力係数を有する波形を確保することができる。
この波形により、吸込側ブレード流を安定させる縦渦を発生させることができるので、流動分離に伴う騒音を発生させながら流動分離を抑制することができる。
ブレード後縁１９が波形になっているので、騒音発生機構を局所分散領域により弱め、または、ブレード後縁１９の形状が尖っていないので、騒音発生機構を弱めることができる。
ファンブレード３の表面が波形になっているので、ファンブレード３で発生してファンブレード３により反射される騒音は、より大きく分散されて、ファンの騒音特性に有利に働くようになる。
長さ座標θ_ｃに波形を円周方向に重ね合わせる手段が簡単であるので、ファンの音響特性を幾つかの原因機構に関して向上させることができる。

同様にして、波形の構造は、図４ａ及び図４ｂから推測することができる。
軸流ファンブレード３の最外側領域２６は、波形を援用して、極めて目標通りに設計されている。
この領域では、ファンブレード３は、所謂、量に応じて逆湾曲刃状の高いＶ姿勢で終端する。
最外側におけるファンブレード３の断面形状は、回転方向と反対の方向に、局所的に大きくシフトしている。
このような構造から非常に大きな影響が、広帯域騒音を抑制する際に発生し、広帯域騒音が軸流ファンの位置で、大きな騒音源を、ヘッドギャップ（隙間）から溢れ出す結果として形成する場合が多い。
この点に関して、ウィングレットの空力音響機能を前提としている。
また、ウィングレット及び波形は、互いに完全かつシームレスに、単一の設計手段で一体化することができる。

ファンブレード３の最内側領域２５においても、極めて目標通りの設計が行なわれている。
図４ｂから分かるように、ファンブレード３は、ハブリング４に略直角に局所的に連結される。
これにより、ハブリング４とファンブレード３の連結作業、特に溶接中の作業が決定的に有利になる。
樹脂射出成形製造作業がファンホイール２を一体化製造する際に行なわれる場合、このような構造は、特に優れた利点をもたらす。

更に、ファンブレード３の脚部に掛かる切り欠き応力は、このような設計により最小限に低下する。
ファンブレード３からの略直角の、好ましくは、約７５度〜１１５度の角度の衝撃が、ハブリング４に、波形に起因して加わる。
同程度の空力特性（空力係数及び空気出力）を有する非波状基準ブレードは、ハブリング４に対して小さな鋭角をなすことになる。

図５ａは、放射状構造のファンホイール２を前方から斜めに見たときの斜視図を示している。
ファンブレード３は、波状である。
これらのファンブレード３の波形は、ｍ_ｃ（子午面座標の方向におけるファンブレード３の断面形状の位置）及びθ_ｃ（円周座標の方向におけるファンブレード３の断面形状の位置）の絶対値を有する波形として表現される。
子午面方向のこれらの断面形状の延長部分ｌは、波状ではない。
別のサイズ部分は、大きくは変化しない波形を有することもできる。
この場合も、波形は、ブレード前縁１８及びブレード後縁１９の軌跡に見出される。
これは、流入に起因するブレード前縁１８における騒音が、ブレード後縁１９における騒音と同じように抑制される。
図示の例では、約７１／２個分の波長が、全スパンに沿って現われる。
波長寸法Λは、ブレード後縁１９におけるよりもブレード前縁１８の領域において大きくなる傾向があり、これは、ブレード前縁１８が、ブレード前縁１８の軌跡にわたって、ブレード前縁１８の全スパンにわたって測定される場合に、ブレード後縁１９よりもかなり長くなることに起因している。

径方向から見たときに異形翼形である図５ａによる対象物を示している図５ｂから、波形は、ファンブレード３の表面が、断面形状で波状に見えないように選択されている。
具体的には、ｍ_ｃ及びθ_ｃ、及び他のサイズの波形は、断面形状で見たときのこの表面が波形ではないように選択される。
これにより、波形から得られる音響的利点が更に小さくなるが、製造上の観点からは、利点が伴う。
このファンホイール２は、ファンブレード３が異形翼形ではない構成のファンホイールを含む。
ファンブレード３の厚さｄは、図５ｂのファンブレード３の平面視断面形状２４に認識できるように、略一定に保持される。
このようなファンホイール３は、薄板金属（金属またはプラスチック）から製造されると有利である。
ファンブレード３を薄板金属から製造すると、ファンブレード３の表面が断面形状で見たときに波状ではない場合に容易かつ安価に済ませることができる。
その理由は、薄板金属ブレードのエンボス成形または深絞り成形に必要なエネルギーが、小さいからである。
ブレード前縁１８自体及びブレード後縁１９自体で大きな音響的利点を既にもたらしているブレード前縁１８及びブレード後縁１９の波形は、例えば、トリミングまたは穿孔を利用した製造技術であることから実現することができる。

図６ａは、放射状構造のファンホイール２を前方から斜めに見たときの斜視図を示している。
ファンブレード３は、波形である。
ファンホイール２は、図５ａ、図５ｂのファンホイール２と同様である。
具体的には、非波状基準ブレードは、同じ形状を有する。
しかしながら、これらのファンブレード３の波形は、これまでに説明してきた波形とは異なる。
これは、絶対値（β１＋β２）／２を持つ波形、すなわち、具体的には、食い違い角を有する波形の表現式に見出される。
この場合、ファンブレード３の形状変位（β１−β２），座標θ_ｃ及びｍ_ｃだけでなく、子午面延伸部分ｌは、スパン方向に沿って波状ではない。
（β１＋β２）／２の波形の振幅Ａは、約１度の角度に相当する。
角度サイズの波形の振幅は、０．５度〜３度の角度に相当する。
図６ａから、説明した波形、具体的には、ファンブレード３のブレード前縁１８及びブレード後縁１９の断面形状が動機となって、波形が開発され、既に説明した音響的利点が得られる。

図６ｂは、径方向側面から見たときの図６ａによる対象物を示している。
ブレード後縁１９の波形は、採用する観察方向によって異なるが、様々な明瞭度で認識することができる。
ｍ_ｃ及びｌは、波状ではないので、子午面方向に見たときのブレード後縁１９の箇所も波状ではない。
これは、例えば、ブレード後縁１９が図６ｂの下方に配置される場合に理解することができる。
しかしながら、（β１＋β２）／２の波形により、ブレード後縁１９の円周方向の箇所が波形になる。
これは、図６ｂにおいて、ブレード後縁１９が図のほぼ中心に位置している場合に認識することができる。
このブレード後縁１９における波形の振幅Ａは、３ｍｍ〜２０ｍｍに相当する、または最大ファンホイール径の０．５％〜５％に相当することが好ましい。
ブレード後縁１９の断面形状は、ブレード前縁１８の断面形状に対応する実施形態においても当てはまる。

更に、図６ｂでは、薄板金属から製造されるファンホイール２のファンブレード３の内側領域２５及び外側領域２６の特に有利な構造を認識することができる。
ファンブレード３のそれぞれ内側領域２５及び外側領域２６における波形の構造が特殊であるということは、ハブリング４及びカバーリング５それぞれがファンブレード３と、接続部位でなす表面角度が、広範な領域にわたってほぼ９０度の角度であることを意味する。
これは、ファンホイール３を製造することになる場合、薄板金属ホイールを溶接するだけでなく、ファンホイール全体を射出成形すると有利である。
カバーリング５及びブレード前縁１８の断面形状領域の放射状ファンホイールでは、この特性は、音響的に特に有利である。
この直角性は、角度が、空力係数を最適化した予備構造について設定されている場合でも実現されており、予備構造は、非波状基準ファンブレードから区別され、これらの角度はそれぞれ、かなりの程度に、より鋭角であるか、またはより鈍角である。
波形の構造は、ファンブレード３とハブリング４またはカバーリング５がなす９０度の角度の大きさに応じた最大変位量及び／又は平均変位量が、波形に起因して１０度以上の角度だけ小さくなっている場合に実現される。

図６ｃは、平面視断面形状２４で、径方向側面から見た図６ａ、図６ｂによる対象物を示している。
ファンブレード３の平面視断面形状２４においても、波形を認識することができる。
従って、ファンブレード３の表面は、この場合もまた、波状である。
これにより、既に説明したように、更に別の音響的利点が得られる。
しかしながら、薄板金属を使用する製造方法は、より難しくなる。
ファンブレード３のエンボス成形または深絞り成形に必要な比較的大量のエネルギーの照射が、波状形状に照射するために必要になる。
薄板金属が、このような成形過程の途中で破断しないことが保証される必要もある。
特に、流動性金属薄板または流動性プラスチック薄板を使用することができる。
成形に使用されることになるエネルギーの測定値を求めることにより、ブレード表面の変位の局所波振幅Ａが、波形が波長寸法Λに関するブレード表面の非波状基準箇所に対して位置する結果として得られる。
良好な音響結果が得られるにも拘わらず、薄板金属製シャベルを製造可能な状態に維持するために、比Ａ／Λを０．０３〜０．３の範囲に設定することが、特に有利である。

図６ａ〜図６ｃにおけるファンブレード３の波形は、ファンブレード３の断面形状の中心点領域において子午面方向に見た場合に、すなわち、ファンブレード３のほぼ中央において、子午面方向に見た場合に、波形は、全く変化していない、またはほんの少ししか変化していないように見える（断面形状で見た場合に、中心点領域における波形の振幅が、ゼロまたはほぼゼロに見える）ということにより見分けられる。
図６ｃの下側ブレード断面形状２４では、このような中心領域は、或る程度、異形翼形になっており、これが、波形の変化が、中心領域で、比較的小さく見える理由である。
これは、ｍ_ｃまたはθ_ｃのいずれにも波形を重ね合わせていないということに起因している。
この形態の構造は、ファンブレード３が薄板金属により形成される場合に有利である。
波形の大きな変化は、騒音がブレード前縁１８及びブレード後縁１９の近傍で発生するということから最も重要である領域に限定される。
子午面方向に見られるファンブレード中心のさほど重要ではない領域では、成形リソースの不必要な消費が大幅に回避される。
更に、弱くなる傾向がない、または弱くなっても比較的弱くなるに過ぎない波状中心領域は、ファンブレード３が動作中に変形するようになる場合に大きな利点を有する。
この領域を設けると、スパン方向の変形、及びファンブレードの表面とほぼ垂直な方向の変形を大幅に低減させることができる。

図７ａは、動作中の非回転出口ガイドベーン（静翼）であるファンホイール２を前方から斜めに見たときの様子を斜視図で示している。
ファンホイール２は、互いに波状のファンブレード３を介して接続されるハブリング４及びカバーリング５を有する。
取り付けフランジ２８をハブリング４上のモータに設ける。
取り付け領域２９をカバーリング５上に設け、カバーリング５で、出口ガイドベーン２を、例えば、ハウジングに取り付ける。
この波形は、ブレード前縁１８の近傍の子午面位置ｍ^＊にある局所ブレード厚さｄの波形により形成されている。
ブレード前縁１８及びブレード後縁１９の両方が、波状ではない。
図７ａでは、ファンブレード３の波形は、幾つかの輪郭３１だけが見える波形により認識される。

図７ｂは、前方から見た場合の図７ａによる対象物を、回転軸に垂直な平面にある断面形状として示し、断面形状平面の軸方向位置は、ブレード前縁１８に近接して位置している。
この厚さの波形は、ファンブレード３内を通過する断面形状２４として認識される。
局所厚さｄの波形の約９個の波長が、スパン方向にわたって特定される。
この波形の最大振幅は、約４ｍｍに相当する。
このような形態の構造は、ファンブレード３の厚さが一定ではないので、成形法を用いることにより製造される。
従って、ファンブレード３は、異形翼形である。
ブレード前縁１８の近傍のファンブレード３の厚さの波形により、流入外乱に起因する音調騒音（前縁騒音）を抑制することができる。
比較的大きな効果が、ブレード前縁１８の波状構造の場合と同じようにして実現される。

本発明によるファンホイールの更に有利な構造に関しては、繰り返しを避けるために、概略説明部分及び添付の特許請求の範囲が参照される。

最後に、本発明によるファンホイールの実施形態は、特許請求する教示を説明するためであるが、これに限定されない。

１ ・・・ファンホイール軸
２ ・・・ファンホイール
３ ・・・ファンブレード
３ａ・・・ファンブレードの子午面
４ ・・・ハブリング
５ ・・・カバーリング
６ ・・・流入側辺縁、流入側境界
７ ・・・流出側辺縁、流出側境界
８ ・・・内側辺縁、内側境界
９ ・・・外側辺縁、外側境界
１０ ・・・最内側等スパン曲線
１１ ・・・最外側等スパン曲線
１２ ・・・流入側等子午面位置曲線
１３ ・・・流出側等子午面位置曲線
１４ ・・・ｓ＝０．７の位置の等スパン曲線の例
１５ ・・・２次元座標系（θ，ｍ）
１６ ・・・等スパン曲線を有するファンブレードの断面形状
１７ ・・・仮想正中線
１８ ・・・ブレード前縁
１９ ・・・ブレード後縁
２０ ・・・正中線の中心
２１ ・・・波状関数
２２ ・・・フィルタ関数
２３ ・・・差分関数
２４ ・・・ファンブレードの平面断面形状
２５ ・・・ファンブレードの内側領域
２６ ・・・ファンブレードの外側領域
２７ ・・・回転方向
２８ ・・・モータ取り付けフランジ
２９ ・・・ハウジング取り付け領域
３０ ・・・静翼の入口ノズル
３１ ・・・ファンブレードの輪郭線

Claims (12)

1. 波状構造のファンブレードを少なくとも２つ備えていることを特徴とするファンのファンホイール
2. 前記ファンブレードの表面が、波形がブレード前縁及びブレード後縁を指している場合に、スパンにわたって延在するランダムな平面視断面形状で見て波状ではない、または、殆ど波状ではないことを特徴とする請求項１に記載のファンホイール。
3. 前記ファンブレードの表面から少なくとも１つの平面視断面形状で見た波形が、前記スパンにわたって延在し、好ましくは、前記ファンブレード全体にわたって延在していることを特徴とする請求項１に記載のファンホイール。
4. 前記波形が、湾曲形状で延在し、
   波形が、３ｍｍ〜５０ｍｍの範囲及び／又は最大ファンホイール径の０．５〜５％の範囲の振幅に相当する長さを有しているとともに、０．３°〜３°の範囲の振幅に相当する角度を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のファンホイール。
5. カバーリングが設けられず、前記ファンブレードの最外側領域（自由端）が、逆湾曲刃状の姿勢、場合によっては、Ｖ姿勢で終端していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のファンホイール。
6. 前記ファンブレードの内側領域及び／又は外側領域（ハブリングまたはカバーリングにそれぞれ固定される端部）が、前記ハブリングと７５°〜１０５°の角度、好適には、約９０°の角度をなすことにより、非波状基準ブレードとなす対応角度が、よりかなり小さな鋭角、または、よりかなり大きな鈍角となる、すなわち、上記範囲に収まらないことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のファンホイール。
7. 前記ファンブレードが、薄板材料（金属またはプラスチック）により製造されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のファンホイール。
8. 前記ファンホイール全体が、鋳込み成形法（金属鋳込み成形または樹脂鋳込み成形）を用いて製造されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のファンホイール。
9. 前記ファンホイールが、放射状／斜流／軸流ファンホイールとして、または、入口ガイドベーンもしくは出口ガイドベーンとして、設計されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載のファンホイール。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の少なくとも１つのファンホイールを備えているファン。
11. 先行技術による少なくとも１つの更に別のそれ自体が、公知のファンホイールを備えている請求項１０に記載のファン。
12. 請求項１０又は請求項１１に記載の少なくとも１つのファンを備えているシステムであって、
    （高精度）温度調節装置、小型／温度調節箱、電子冷却モジュール、発電機換気設備、産業用冷房装置または住宅用冷房装置、ヒートポンプなどを含んでいるシステム。

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