JP4987147B2 - ファンブレード - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

〔技術分野〕
本発明は、ファンブレードに関する。

〔背景技術〕
倉庫や製造工場等の大型構造物内で働く人々は、不快であったり危険であったりという労働状態におかれる場合がある。同じことは、家畜が詰め込まれた構造物内等の農業環境にも当てはまりうる。暑い日には、内部の空気温度は、人又は他の動物が、健康的な又はその他の望ましい体温を維持することができない温度に達することがある。温度が不快又は危険な高温である領域内では、その領域内に空気流を発生又は促進するように作動可能な装置を設けることが望ましい場合がある。そのような空気流を起こすことは、その領域内の温度低下にある程度役立つ。

さらに、これらの環境で行われる幾つかの活動、たとえば溶接又は内燃機関の動作は、曝される人々に有害となる空中浮遊汚染物を発生させる。その領域内の空気流が理想より少ない場合、空中浮遊汚染物の影響が拡大する可能性がある。上記及び同様な状況では、領域内に空気流を発生又は促進するように作動可能な装置を有することが望ましい。そのような空気流は、汚染物の悪影響の低減を、たとえば汚染物の希釈・除去によって、ある程度促進する。

〔発明の開示〕
〔発明が解決しようとする課題〕
一定の構造物及び環境では、熱が構造物の天井付近に集まって残ることが問題となる。このことは、構造物の床付近の領域が比較的より低温であることに関係する。当業者であれば、上記及び他の不均衡な空気／温度分布を原因として起こりうる不利益を、ただちに認識する。上記及び同様な状況では、その領域内で空気流を発生又は促進するように作動可能な装置を有することが望まれる。そのような空気流は、層の分解（de-stratification）及びより理想的な空気／温度分布の誘導にある程度役立つ。

エネルギー消費量を減少させることができるファンを有することも望まれる。そのようなエネルギー消費量の減少は、効率的に動作するファンを設けることによって成し遂げられる。こうしたファンは、たとえば、ファンを駆動するために必要な電力が、他のファンと比べて少ないものがある。エネルギー消費量の減少は、空気分布を改善することによっても効果を上げることができ、それにより、他の装置に付随する暖房又は冷房コストを削減する。

〔図面の簡単な説明〕
明細書に組み込まれ、その一部を形成する添付図面は、本発明の幾つかの態様を示し、また説明と一緒に、本発明の原理を説明するのに役立つが、本発明は図示のそのままの構造に限定されない。図面では、同一の符号は幾つかの図面を通して同一の部品を表す。

図１は、ファンブレードを取り付けるためのハブの平面図である。

図２は、ファンブレード翼の一例の断面図である。

図３は、ファンブレード翼の他の例の断面図である。

図４は、２つの楕円を示すグラフである。

図５は、図４のグラフの一部分を示す図である。

図６は、ウィングレットファンブレード変更形の一例の側面図である。

図７は、図６のウィングレットの断面図である。

図８は、図６のウィングレットの上面図である。

図９は、図６のウィングレットで変更した図２のファンブレードの端面図である。

図１０は、図９のウィングレット／ブレードアセンブリの分解斜視図である。

次に、本発明の現時点での好適な実施形態を詳細に参照するが、その一例が添付図面に示されている。

〔発明を実施するための最良の形態〕
次に、全図を通して同一符号が同一部品を表す図面を詳細に参照すると、図１は、一例としてのファンハブ１０を示し、これを使用して、ファンブレード３０又は５０を有するファンを提供することができる。本例では、ファンハブ１０は、ファンブレード３０又は５０を取り付けることができる複数のハブ取り付け部材１２を有する。一実施形態では、ファンハブ１０は、選択可能な、又は所定の速度でファンハブ１０を回転させる駆動機構に結合される。したがって、適当なハブアセンブリは、ハブ１０と、ハブ１０に結合された駆動機構とを有する。もちろん、ハブアセンブリは、異なったハブを含む多様な他の部品を含むことができ、またファンハブ１０を任意の適当な手段によって駆動してもよい。また、ファンハブ１０は、任意の適当な数のハブ取り付け部材１２を有することができる。

図１〜図３に示されているように、各ハブ取り付け部材１２は、上面１４及び底面１６を有し、これらの終端が前縁１８及び後縁２０になっている。また、各ハブ取り付け部材１２は、上面１４に貫設されて底面１６を貫通する開口２２を有する。本例では、開口２２は、締結具２６を受け取る寸法になっている。各ハブ取り付け部材１２は、ファンブレード３０又は５０を受け取るように構成される。当業者であれば、ハブ取り付け部材１２を多様な代替構造で設けることができることは明らかである。

一実施形態では、ファンブレード３０又は５０は、米国特許第６，２４４，８２１号に開示されているハブアセンブリに取り付けられる。もちろん、ファンブレード３０又は５０を任意の他のハブやハブアセンブリに取り付けてもよい。適当なハブアセンブリは、ハブ１０を任意の適当な角速度で回転させるように作動可能である。例示にすぎないが、そのような角速度は、約７〜１０８回転数／分の範囲にある。

図２は、ハブ１０に取り付けられた、カール状後縁３８を有する一例としてのファンブレード３０の断面を示す。この断面は、ファンブレード３０の中心に位置する横断面に沿ったものであり、ハブ１０の方を見た断面である。ファンブレード３０は、上面３２及び底面３４を有し、その各々の終端が前縁３６及び後縁３８になっている。図示のように、後縁３８は、上面３２の一部で後縁３８に近い部分、及び底面３４の一部で後縁３８に近い部分に対して、約４５°の勾配を有する。もちろん、後縁３８は、例示にすぎないが、単一の平坦面を有する範囲で、０°等の任意の他の適当な勾配を有してもよい。後縁３８を他の適当な構造とできることは、当業者には明らかである。

本例では、ファンブレード３０はほぼ中空である。複数のリブ又はボス４０が、ファンブレード３０の内部に配置されている。図示のように、ハブ取り付け部材１２をファンブレード３０内へ挿入したとき、リブ又はボス４０が、ハブ取り付け部材１２の上面１４、底面１６、前縁１８及び後縁２０と接触するように位置付けられる。したがって、ボス４０は、ファンブレード３０及びハブ取り付け部材１２間を滑合させる。ファンブレード３０の代替構造として、ファンブレード３０及びハブ取り付け部材１２間の関係に影響する構造を含むものがあり、これに限定するものではないことは、当業者には明らかである。

ここで使用されるように、「弦」、「弦長」、「最大厚さ」、「最大キャンバー」、「迎え角」等の用語は、航空機の羽又は他の翼設計の技術で使用される用語が持つとされるものと、同じ意味を持つとする。一実施形態において、ファンブレード３０の弦長は、約６．４４インチ（１６．３５ｃｍ）である。ファンブレード３０の最大厚さは弦の約１６．２％であり、最大キャンバーは弦の約１２．７％である。前縁３６の半径は、弦の約３．９％である。底面３４の四半分の後縁３８の半径は、弦の約６．８％である。代替実施形態では、ファンブレード３０の弦が約７インチ（１７．７８ｃｍ）である。別の実施形態では、ファンブレード３０の弦が約６．６８７５インチ（１６．９８６２ｃｍ）である。もちろん、任意の他の適当な寸法や比率を使用してもよい。

例示にすぎないが、ファンブレード３０は、レイノルズ数が約１２０，０００である状態での約３９．８から、レイノルズ数が約２５０，０００である状態での約９３．３までの範囲にわたる揚抗比を示す。もちろん、ファンブレード３０で他の揚抗比を得ることもできる。

一実施形態では、ファンブレード３０は、レイノルズ数が約７５，０００である状態での約０．０２７から、レイノルズ数が約１１２，５００である状態での約０．１２７までの範囲にわたる抗力係数を示す。もちろん、ファンブレード３０で他の抗力係数を得ることもできる。

一例では、レイノルズ数が約２００，０００である状態において、ファンブレード３０は、空気を移動させることにより、ファンブレード３０の後端３８の底面３４での速度比を約１．６とする。他の速度比を、ファンブレード３０によって得ることもできる。

一実施形態では、ファンブレード３０は、レイノルズ数が約１１２，０００である状態では約−１°〜７°の迎え角の場合に、またレイノルズ数が約２５０，０００である状態では約−２°〜１０°の迎え角の場合に、非失速空気力学作用を与える。もちろん、これらの値は単なる例示である。

図３は、全体的に楕円形の上面５２及び底面５４を有する他の例としてのファンブレード５０であって、上面及び底面の各々の終端が前縁５６及び後縁５８になっている、ハブ１０に取り付けられたファンブレード５０の断面を示す。この断面は、ファンブレード５０の中心に位置する横断面に沿ったものであり、ハブ１０の方を見た断面である。本例では、ファンブレード５０は中空である。複数のボス６０が、ファンブレード５０の内部に配置されている。図示のように、ハブ取り付け部材１２をファンブレード５０内へ挿入したとき、ボス６０が、ハブ取り付け部材１２の上面１４、底面１６、前縁１８及び後縁２０と接触するように位置付けられる。したがって、ボス６０は、ファンブレード５０及びハブ取り付け部材１２間を滑合させる。ファンブレード５０の代替構造として、ファンブレード５０及びハブ取り付け部材１２間の関係に影響を及ぼすものを含むものがあり、これに限定するものではないことは、当業者には明らかである。

図示のように、ファンブレード５０は、その後縁５８に向かって漸増する曲率半径を有するのに比べて、その前縁５６に向かって漸減する曲率半径を有する。ファンブレード５０の湾曲は、少なくとも部分的に、次式を使用した２つの楕円の生成を介して得られる。当業者であれば、原点がデカルトｘ、ｙ軸の交点に位置する第１楕円が、次式：
［１］ ｘ＝ａ（ＣＯＳ（ｔ））、及び
［２］ ｙ＝ｂ（ＳＩＮ（ｔ））
によって生成されることが理解される。
但し、
ａ＝一次半径の長さ、
ｂ＝二次半径の長さ、
ｔ＝原点を中心にした半径の回転角（たとえばラジアン単位）、
である。

したがって、上記式を使用して、第１楕円を生成することができる。同様に、式［１］及び［２］を使用して、第１楕円の１組の座標を得ることができる。例示的な第１楕円２００が、ａ＝３、ｂ＝２として図４に描かれたグラフに示されている。

第２楕円の座標が、次式：
［３］ ｘ_２＝ｘ（ＣＯＳ（θ））−ｙ（ＳＩＮ（θ））、及び
［４］ ｙ_２＝ｙ（ＣＯＳ（θ））−ｘ（ＳＩＮ（θ））
を使用して得られる。
但し、
ｘ_２＝第１楕円が原点を中心にしてθラジアンだけ反時計回りに回転した後の第２「ｘ」座標、及び
ｙ_２＝第１楕円が原点を中心にしてθラジアンだけ反時計回りに回転した後の第２「ｙ」座標、
である。

したがって、第２楕円の寸法は、第１楕円の寸法によって決まる。例示的な第２楕円３００が、θ＝０．５２５ラジアンとして図４に描かれたグラフに示されている。第１及び第２楕円を式［１］〜［４］に従って描く場合、２つの楕円が４点で交わることが理解される（「楕円交点」）。図４は、第１楕円２００及び第２楕円３００間に４つの楕円交点４００を示している。

上面５２及び底面５４の湾曲は、第１楕円及び第２楕円の、２つの連続した楕円交点間の湾曲に少なくとも部分的に基づく。第１楕円２００及び第２楕円３００のそのような部分の一例が図５に示され、これは、楕円２００及び３００の、連続した楕円交点４００間の部分を描いている。したがって、式［１］〜［４］を使用して、ファンブレード５０の上面５２及び底面５４の少なくとも一部分の表面座標を生じることができる。

ファンブレード５０の弦長対厚さ比が、２つの楕円に関する回転量θに伴って変化することが理解される。

もちろん、ファンブレード５０の一部分は、第１楕円及び第２楕円の湾曲からずれてもよい。例示にすぎないが、図３に示すように、前縁５６を、ほぼ円形の湾曲を有するように変更してもよい。当業者には、他のずれも明らかである。

一実施形態では、ファンブレード５０は、ａ＝３単位、ｂ＝２単位、θ＝０．５２５ラジアンとして式［１］〜［４］を使用することによって作製される。本実施形態では、ファンブレード５０は、弦長の３．５％の直径を有する円形の前縁５６を備える。この前縁５６の湾曲は、上面５２及び底面５４の湾曲と接線方向に一致する。図３及び図５を比較することによって、そのような一致が考えられる。もちろん、他の寸法も使用することができる。

一実施形態では、ファンブレード５０は、約７．６７インチ（１９．４８ｃｍ）の弦長を有する。別の実施形態では、ファンブレードは、約７．６８７インチ（１９．５２４ｃｍ）の弦長を有する。もちろん、ファンブレード５０は、任意の他の適当な弦長を有することもできる。

本例では、前縁５６の半径が、弦の約３．５％である。ファンブレード５０の最大厚さは、弦の約１４．２％である。ファンブレード５０の最大キャンバーは、弦の約１５．６％である。もちろん、任意の他の適当な寸法や比率を使用してもよい。

一例では、直径が２４フィート（７．３ｍ）であって、１０枚のファンブレード５０を１０°の迎え角で取り付けたファンは、約７回転数／分（ｒｐｍ）で回転するとき、約５．２ｌｂ．（２．３５９ｋｇ）の推力を発生して、約８７，３０２立方フィート／分（ｃｆｍ）を置き換える。約１４ｒｐｍで回転するとき、ファンは約４．７７２ｋｇ（１０．５２ｌｂ．）の推力を発生して、約１２４，１７４ｃｆｍを置き換える。約４２ｒｐｍで回転するとき、ファンは約７１．０１ｌｂ．（３２．２１ｋｇ）の推力を発生して、約３２２，６１３ｃｆｍを置き換える。ファンブレード５０を有するファンで、他の推力や置き換え量も得られる。

例示にすぎないが、約１０°の迎え角を有するファンブレード５０は、レイノルズ数が約１２０，０００である状態での約３９から、レイノルズ数が約２５０，０００である状態での約６０までの範囲にわたる揚抗比を示す。ファンブレード５０で他の揚抗比を得ることもできる。

一実施形態では、ファンブレード５０は、レイノルズ数が約１１２，０００である状態では約１°〜１１°の迎え角の場合に、レイノルズ数が約２００，０００である状態では約０°〜１３°の迎え角の場合に、またレイノルズ数が約２５０，０００である状態では約１°〜１３°の迎え角の場合に、非失速空気力学作用を与える。もちろん、これらの値は単なる例示である。

一例では、直径が１４フィート（４．２ｍ）であって、１０枚のファンブレード５０を有するファンを約２５ｒｐｍで回転させる。ファンは、約５４ワットで動作し、トルクが約７８．８０インチポンド（ｉｎ．ｌｂｓ．）、流量が約３４，１６９ｃｆｍである。したがって、ファンの効率は約６３２．７６ｃｆｍ／ワットである。

別の例では、直径が１４フィート（４．２ｍ）であって、１０枚のファンブレード５０を有するファンを約３７．５ｒｐｍで回転させる。ファンは、約８２ワットで動作し、トルクが約１８７．５３インチポンド（ｉｎ．ｌｂｓ．）、流量が約６２，４２１ｃｆｍである。したがって、ファンの効率は約７６１．２３ｃｆｍ／ワットである。

さらに別の例では、直径が１４フィート（４．２ｍ）であって、１０枚のファンブレード５０を有するファンを約５０ｒｐｍで回転させる。ファンは、約２６３ワットで動作し、トルクが約３７６．５９インチポンド（ｉｎ．ｌｂｓ．）、流量が約９６，８１６ｃｆｍである。したがって、ファンの効率は約３６８．１２ｃｆｍ／ワットである。

以下は、例示にすぎないが、ファンブレード３０又はファンブレード５０を含めた任意のファンブレードに適用される。

一実施形態では、各ファンブレード３０又は５０は、均質な材料連続体を有する。例示にすぎないが、ファンブレード３０及び５０は、押し出しアルミニウムで構成されることができる。しかしながら、ファンブレード３０や５０が、任意の他の適当な材料（複数可）で構成されてもよいことが理解される。この材料としては、任意の金属やプラスチックを含むが、これに限定されるものではない。また、ファンブレード３０や５０は、任意の適当な製造方法によって形成されてもよい。製造方法には、打ち抜き、曲げ加工、溶接や成形を含むが、これに限定するものではない。当業者には、他の適当な材料及び製造方法が明らかである。

ファンブレード３０又は５０をハブ１０に取り付けるとき、ハブ取り付け部材１２がファンブレード３０又は５０内へ、例示にすぎないが、約６インチ（１５．２４ｃｍ）だけ延出する。代替として、ハブ取り付け部材１２は、ファンブレード３０又は５０内へ任意の適当な長さまで延出してもよい。ハブ１０は、ファンブレード３０又は５０の内側ではなく、その外側に取り付けられる取り付け部材１２を有してもよい。代替として、取り付け部材１２は、部分的にファンブレード３０又は５０の内側、及び部分的にその外側の両方に取り付けられてもよい。

ファンブレード３０又は５０は、ハブ取り付け部材１２内の開口２２に整合するように構成された１つ又は複数の開口も有することができる。本実施形態では、ファンブレード３０又は５０の開口をハブ取り付け部材１２の開口２２に整合させたとき、締結具２６を開口に挿通させ、それにより、ファンブレード３０又は５０をハブ取り付け部材１２に固定することができる。一実施形態では、締結具２６はボルトである。締結具（複数可）２６に代わる他の適当なものが、当業者に明らかである。他の適当なものとして、接着剤を含むが、これに限定するものではない。したがって、開口２２が任意選択であることが理解される。

ファンブレード３０又は５０は、長さが約４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３又は１４フィート（１．２、１．５、１．８、２．１、２．４、２．７、３．０、３．３、３．６、３．９、又は４．２ｍ）でもよい。代替として、ファンブレード３０又は５０は任意の他の適当な長さでもよい。一実施形態では、ファンブレード３０又は５０及びハブ１０は、ファンブレード３０又は５０及びハブ１０を有するファンの直径が約２４フィート（７．３ｍ）になるような寸法である。別の実施形態では、ファンブレード３０又は５０及びハブ１０は、ファンブレード３０又は５０及びハブ１０を有するファンの直径が約１４フィート（４．２ｍ）になるような寸法である。当業者には他の適当な寸法も明らかである。

ファンブレード３０又は５０の長さに沿ったすべての断面が同一である必要がないことが理解される。言い換えると、ファンブレード３０又は５０の構造は、ファンブレード３０又は５０の全長に沿って均一である必要はない。例示にすぎないが、ファンブレード３０又は５０の「ハブ取り付け端部」（すなわち、ファンブレード３０又は５０の、ハブ１０に取り付けられる端部）の一部分を除去してもよい。一例では、ハブ１０上に別のブレード５０を収容するために、ファンブレード５０の前縁５６に斜めカットを行う。

別法として、ハブ取り付け端部の一部分又は別の部分を省く、除去する、又は他の方法で「欠落させる」ようにして、ファンブレード３０又は５０を形成又は構成してもよい。そのような部分が（取り除かれるか、最初からないかに関係なく）存在しないことは、ハブ１０の位置で互いに干渉するブレード３０又は５０に伴う問題を改善することができる。そのような干渉は多様な要素によって引き起こされる。こうした要素として、ファンブレード３０又は５０の弦長を含むが、これに限定するものではない。もちろん、干渉以外の要素も、ファンブレード３０又は５０の一部分の除去又は他の欠如に影響を及ぼす。欠如部分は、前縁３６又は５６の一部分、後縁３８又は５８の一部分、又はその両方を含む。

別法として、ハブ１０の位置でのファンブレード３０又は５０の干渉に対処するために、（たとえば、ハブ取り付け部材１２の数を増加させないで）ハブの直径を増加させてもよい。別法では、ファンブレード３０又は５０の弦を短くしてもよい。当業者には、ハブ１０やファンブレード３０又は５０のさらに別の代替及び変形が明らかである。

当業者であれば、ファンブレード３０又は５０の迎え角がゼロ又は非ゼロでもよいことを理解する。例示にすぎないが、ハブ取り付け部材１２に取り付けられたとき、ファンブレード３０又は５０は、例示にすぎないが、約−１°〜７°（７°を含む）、−２°〜１０°（１０°を含む）、又は７°、８°、１０°又は１３°の範囲の迎え角を有することができる。もちろん、ファンブレード３０又は５０は、任意の他の適当な迎え角を有することができる。ファンブレード３０又は５０をその長さに沿ってほぼ直線的にすることができ、且つ所望の迎え角を有するハブ取り付け部材１２を設けることにより、迎え角を与えてもよい。

別法として、ハブ取り付け部材１２の迎え角をゼロにして、ファンブレード３０又は５０のねじれにより、ファンブレード３０又は５０に迎え角を与えてもよい。言い換えると、ファンブレード３０又は５０を、ハブ取り付け部材１２がファンブレード３０又は５０内に延在する長さに沿ってほぼ直線的にして、ファンブレード３０又は５０の残り部分に対して迎え角を与えるために、ねじりを設けてもよい。そのようなねじりは、ファンブレード３０又は５０の任意の適当な長さにわたって生じることができる（たとえば、ファンブレード３０又は５０の長さの残り全体がねじりを有するか、ねじりが短く、それにより、ファンブレード３０又は５０の残りのほとんどすべてがほぼ直線的である、等である）。ファンブレード３０の全体又は一部に迎え角を与えるためのさらに別の適当な構造及び方法が、当業者には明らかである。また、ファンブレード３０又は５０の全体又は任意部分が任意の目的で１つ又は複数のねじれを有してもよい。

ファンブレード（たとえば３０又は５０）を多くの方法で変更してもよいことは、当業者は理解する。そのような変更形は、ファン性能の特性を変える。図６〜図１０に例示の形で示されているように、１つのそのような変更形は、ウィングレット７０を有する。ウィングレット７０をファンブレード３０及び５０の文脈で論じるが、ウィングレット７０を任意の他の適当なファンブレードで使用してもよい。

本例のウィングレット７０は、垂直部材７２を有する。垂直部材７２は、平坦な内面７４及び丸み付き外面７６を有する。内面７４及び外面７６の他の適当な構造は、当業者には明らかである。本例では、垂直部材７２の外周縁が、下縁部７８、上縁部８０及び後縁部８２によって画定されている。各縁部７８、８０及び８２は、一般的にそれぞれの隅部８４で合流する。したがって、本例では、垂直部材７２は３つの隅部８４を有する。図示のように、各隅部８４に丸みが付けられている。したがって、本明細書で使用する際の「隅部」という用語は、尖った角度を必要とするように解釈されるべきでない。言い換えると、隅部は、１対の直線が合流又は交差する点又は領域に制限される必要はない。本例では、垂直部材７２が３つの隅部を有するように説明されているが、垂直部材７２が任意の適当な数の隅部８４を有することができる。

垂直部材７２の他の変更例が、当業者には明らかである。

本例のウィングレット７０は、ウィングレット取り付け部材９０をさらに有し、これは、垂直部材７２の内面７４からほぼ垂直に延出している。図示のように、ウィングレット取り付け部材９０は、ハブ取り付け部材１２に似た構造である。ウィングレット取り付け部材９０は、上面９２及び底面９４を有し、それらの各々の終端が前縁９６及び後縁９８になっている。また、各ウィングレット取り付け部材９０は、上面９２及び底面９４に貫設された開口１００を有する。本例では、各開口１００が、締結具２６を受け取る寸法になっている。ウィングレット取り付け部材９０は、ファンブレード３０又は５０の端部に挿入されるように構成される。当業者であれば、ウィングレット取り付け部材９０を多様な代替構造で設けることができることが理解される。

図９は、ウィングレット７０を取り付けたファンブレード３０の断面を示す。この断面は、ファンブレード３０の中心に位置する横断面に沿ってとり、ウィングレット７０の方を（すなわち、ハブ１０から離れる方向に）見た断面である。本例では、図９及び図１０に示されているように、ウィングレット取り付け部材９０は、ファンブレード３０又は５０の端部にはまるように構成される。ハブ取り付け部材１２のように、ウィングレット取り付け部材９０は、ファンブレード３０又は５０内のボス４０又は６０に滑合する。本例では、ウィングレット７０の上縁部８０は、ファンブレード３０又は５０の上面３２又は５２より上方に延出し、また前縁３６又は５６を越えて延出している。同様に、ウィングレット７０の下縁部７８は、ファンブレード３０又は５０の底面３４又は５４より下方に延出している。ウィングレット７０の後縁部８２は、ファンブレード３０又は５０の後縁３８又は５８を越えて延出している。もちろん、ウィングレット７０及びファンブレード３０又は５０は、任意の他の相対寸法や構造を有してもよい。

ファンブレード３０又は５０は、ファンブレード３０又は５０の先端付近で上面３２又は５２や底面３４又は５４に貫設された１つ又は複数の開口を有することができ、この、又はこれらの開口は、ウィング取り付け部材９０をファンブレード３０又は５０に挿入したとき、ウィングレット取り付け部材９０の開口（複数可）１００に整合するように位置付けられ、且つ締結具２６を受け取る寸法になっている。したがって、ウィングレット７０は、１つ又は複数の締結具２６でファンブレード３０又は５０に固定されることができる。一実施形態では、締結具２６がボルトである。別の実施形態では、締結具２６は、相補対の細いヘッド連動結合ねじ、たとえば大量の紙をとじ合わせるためにしばしば使用されるねじポスト（たとえば、ねじ付き外面を有する「雄」ねじを、ねじ付き内面を有する「雌」ねじとかみ合わせるように構成したもの）を有する。しかしながら、接着剤を含めた任意の他の適当な締結具（複数可）を使用することができるが、これに限定する訳ではない。したがって、開口１００が任意選択である。

ウィングレット取り付け部材９０をファンブレード３０又は５０の端部に挿入しなくてもよいことも理解される。言い換えると、ハブ取り付け部材１２と同様に、ウィングレット取り付け部材９０は、ファンブレード３０又は５０の内側ではなく、その外側に取り付けられるように形成されてもよい。代替として、ウィングレット取り付け部材９０は、部分的にファンブレード３０又は５０の内側、及び部分的にその外側の両方に取り付けられてもよい。当業者には、さらに別の構造も明らかである。

代替実施形態では、ウィングレット７０の取り付け部材９０をなくし、代わりに、垂直部材７２の内面７４内にリセスを形成する。本実施形態では、ウィングレット７０をファンブレード３０又は５０に取り付けるために、ファンブレード３０又は５０の先端をウィングレット７０に挿入する。さらに別の実施形態では、ファンブレード３０又は５０がウィングレット７０と一体成形される。したがって、当業者であれば、ウィングレット７０付きのファンブレード３０又は５０を提供するための多様な構造が存在する。

垂直部材７２が、取り付け部材９０に対してほぼ垂直であるように示されているが、これらの２つの部材が互いに対して任意の適当な角度を成してもよい。したがって、例示にすぎないが、ウィングレット７０をファンブレード３０又は５０に取り付けるとき、垂直部材７２が内方又は外方に傾斜してもよい。代替として、垂直部材７２が複数の角度を有してもよい。言い換えると、ウィングレットをファンブレード３０又は５０に取り付けるとき、垂直部材の上部及び垂直部材の底部の各々が内方に傾斜するようにして、垂直部材７２を構成してもよい。他のウィングレット７０の変形例として角度変化を含み、これに限定するものではないことは、当業者には明らかである。

本明細書では、ウィングレット７０が特にファンブレード３０又は５０の変更形として記載されているが、ウィングレット７０を使用して任意の他のファンブレードを変更することができる。

一実施形態では、ウィングレット７０は、成形プラスチックの均質な連続体から形成される。しかしながら、ウィングレット７０は、任意の適当な金属やプラスチックを含めた、これに限定されない多様な材料から形成されることができ、また複数の部材片を有することができることも理解される。また、ウィングレットを任意の適当な製造方法によって形成することができることも理解される。

ファンブレード３０又は５０の先端又はその付近に発生する後流渦が、ファンブレード３０又は５０の先端付近の揚力を増加させることも理解される。ウィングレット７０は、ファンブレード３０又は５０の先端付近で、上面３２若しくは５２や、底面３４若しくは５４を横切る半径方向空気流を抑制する。そのような抑制により、空気が前縁３６又は５６から後縁３８又は５８に流されるのがより通常となり、それにより、少なくとも一定の回転速度において、ウィングレット７０付きのファンブレード３０又は５０を有するファンの効率を向上させることができる。

一例では、ウィングレット７０は、直径が６フィート（１．８ｍ）のファンのファンブレード３０又は５０の端部に取り付けられる。ウィングレット７０の追加により、ファンの空気流量が、１７１ｒｐｍで４．８％増加する。

別の例では、ウィングレット７０は、直径が１４フィート（４．２ｍ）のファンのファンブレード３０又は５０の端部に取り付けられる。ウィングレット７０の追加により、ファンの空気流量が、７５ｒｐｍで４．４％増加する。

次の２つの表は、直径が１４フィート（４．２ｍ）のファンにウィングレット７０を追加することによって得ることができる効率を示す。

もちろん、ウィングレット７０の使用によって他の値を実現することができる。また、ウィングレットの適当な変形として、代替ウィングレット構造を含み、これに限定されないことは、当業者には明らかである。

以上をまとめると、本発明の概念を用いることから生じる多くの利点を説明してきた。本発明の１つ又は複数の実施形態の上記説明は、図示及び説明のために示されたものである。網羅的であること、又は本発明を開示されたそのままの形に制限することは意図していない。上記教示に照らして、明白な変更又は変形が可能である。本発明の原理及びその実際的な適用を最善に示し、それにより、当業者であれば、本発明をさまざまな実施形態で、また考えられる特定の使用に適するようにさまざまな変更を加えて最善に利用できるようにするために、１つ又は複数の実施形態を選択して説明した。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定されるものとする。

ファンブレードを取り付けるためのハブの平面図である。 ファンブレード翼の一例の断面図である。 ファンブレード翼の他の例の断面図である。 ２つの楕円を示すグラフである。 図４のグラフの一部分を示す図である。 ウィングレットファンブレード変更形の一例の側面図である。 図６のウィングレットの断面図である。 図６のウィングレットの上面図である。 図６のウィングレットで変更した図２のファンブレードの端面図である。 図９のウィングレット／ブレードアセンブリの分解斜視図である。

１０ ファンハブ
１２ ハブ取り付け部材
３０，５０ ファンブレード
７０ ウィングレット
９０ ウィングレット取り付け部材

Claims (20)

1. 回転ファンハブに取り付けられるように構成されたファンブレードであって、
   （ａ）全体的に楕円形に湾曲した凸形の上面であって、前記上面の前記湾曲は、第１楕円に基づく、上面と、
   （ｂ）全体的に楕円形に湾曲した凹形の底面であって、前記底面の前記湾曲は、第２楕円に基づく、底面と、
   （ｃ）前縁であって、前記上面及び前記底面の各々の終端が、該前縁になっている、前縁と、
   （ｄ）後縁であって、前記上面及び前記底面の各々の終端が、該後縁になっている、後縁と、を備えるファンブレード。
2. 前記前縁の近くの第１曲率半径、及び前記後縁の近くの第２曲率半径をさらに有し、該第１曲率半径は、該第２曲率半径より小さい、請求項１に記載のファンブレード。
3. 前記第１楕円の前記湾曲は第１数学方程式により規定され、前記第２楕円の前記湾曲は第２数学方程式により規定され、前記第２数学方程式は、前記第１数学方程式に基づいて得られる、請求項１に記載のファンブレード。
4. ファンブレードは、ほぼ中空である、請求項１に記載のファンブレード。
5. ファンブレードは、ファンハブの取り付け部材を受け取るように構成されている、請求項１に記載のファンブレード。
6. ファンブレードは、少なくとも一つの締結具によってファンハブに固定されている、請求項５に記載のファンブレード。
7. ファンブレードは、弦と最大厚さとを有し、最大厚さは弦の約１４．２％である、請求項１に記載のファンブレード。
8. ファンブレードは弦と最大キャンバーとを有し、最大キャンバーは弦の約１５．６％である、請求項１に記載のファンブレード。
9. ファンブレードは、約−１°〜約１３°の迎え角でハブに取り付けられる、請求項１に記載のファンブレード。
10. ファンブレードは、押し出しアルミニウムで構成されている、請求項１に記載のファンブレード。
11. ファンブレードは、約４フィートないし約約１４フィートの長さである、請求項１に記載のファンブレード。
12. ファンブレードは、ファンブレードの全長に沿って均一な断面を有する、請求項１に記載のファンブレード。
13. ファンブレードは、ハブ取り付け端部を有し、このハブ取り付け端部におけるファンブレードの前縁に斜めカットがなされている、請求項１に記載のファンブレード。
14. ファンブレードは、ファンブレードの全長に沿ってほぼ直線的である、請求項１に記載のファンブレード。
15. 第１楕円のｘ−ｙプロットをｘ，ｙとし、
    ａ＝一次半径の長さ、
    ｂ＝二次半径の長さ、
    ｔ＝原点を中心にした半径の回転角、とするとき、以下の式
    ［１］ ｘ＝ａ（ＣＯＳ（ｔ））、及び
    ［２］ ｙ＝ｂ（ＳＩＮ（ｔ））
    の少なくとも一部に基づいて、第１楕円が生成される、請求項１に記載のファンブレード。
16. 第２楕円のｘ−ｙプロットをｘ２，ｙ２とし、
    式［１］，［２］を用いて得られるｘ，ｙと同じｘ，ｙとし、
    第１楕円が原点を中心にして回転した角度をθとするとき、以下の式
    ［３］ ｘ２＝ｘ（ＣＯＳ（θ））−ｙ（ＳＩＮ（θ））、及び
    ［４］ ｙ２＝ｙ（ＣＯＳ（θ））−ｘ（ＳＩＮ（θ））
    の少なくとも一部に基づいて、第２楕円が生成される、請求項１５に記載のファンブレード。
17. θが約０．５２５ラジアンである、請求項１６に記載のファンブレード。
18. 第１及び第２楕円を共通のグラフに描く場合、第１及び第２楕円は４つの交点で交わり、上面の全体的に楕円形の湾曲及び底面の全体的に楕円形の湾曲は、上記交点の対の間の部分において、それぞれ、第１楕円及び第２楕円の湾曲に基づいている、請求項１に記載のファンブレード。
19. 回転ファンハブに取り付けられるように構成されたファンブレードであって、
    （ａ）全体的に楕円形に湾曲した上面であって、前記上面の前記湾曲は、第１楕円に基づく、上面と、
    （ｂ）全体的に楕円形に湾曲した底面であって、前記底面の前記湾曲は、第２楕円に基づく、底面と、を備え、
    第１及び第２楕円を共通のグラフに描く場合、第１及び第２楕円は４つの交点で交わり、上面の全体的に楕円形の湾曲及び底面の全体的に楕円形の湾曲は、上記交点の隣接する対の間の部分において、それぞれ、第１楕円及び第２楕円の湾曲に基づいている、ファンブレード。
20. 回転ファンハブに取り付けられるように構成されたファンブレードであって、
    （ａ）全体的に楕円形に湾曲した上面であって、前記上面の前記湾曲は、第１楕円に基づく、上面と、
    （ｂ）全体的に楕円形に湾曲した底面であって、前記底面の前記湾曲は、第２楕円に基づく、底面と、を備え、
    第２楕円の形成は、第１楕円をその中心の周りに回転させることによって行われ、
    前記上面および底面はどちらも、前記第１楕円と前記第２楕円との交点のうちの一つである開始交点から始まり、交点のうち開始交点に隣接する終了交点で終わる、ファンブレード。

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