JP7219748B2 - 換気装置の羽根車に用いる羽根、羽根車、及び、軸流換気装置、斜流換気装置又はラジアル換気装置 - Google Patents
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Description
特に、システム内に設置されている換気装置では、放出される騒音は、低くあるべきである。
この特別な構成には、スパン方向で見ると、径方向外側領域のファン羽根の形状が、ファン羽根の他の領域の形状に対して明確な差があるという特徴がある。
しかし、このようなファンホイールでは、流入が摂動することにより発生する音響ノイズを低減できないか、又は、不充分にしか低減できない。
同様に、このような構成では、後縁ノイズを低減できないか、又は、不充分にしか低減できない。
羽根前縁領域と羽根後縁領域には、実質的に同じ波長と同じ振幅とを有する波形状が存在している。
流入によって引き起こされる音響ノイズが高回転速度で特に大きいことが、実用上示されてきた。
したがって、羽根は、波状の羽根前縁領域と波状の羽根後縁領域とを有し、羽根前縁領域の複数の波が、羽根後縁領域の複数の波よりも長い波長を有する、複数の羽根である。
少なくとも、羽根前縁領域の波の波長が羽根後縁領域の波の波長よりも長い場合、羽根前縁領域と羽根後縁領域との両方で提供される効果が、相乗効果を発揮する。
最後に、羽根後縁領域を最適化し、羽根前縁領域の形状と相互作用させることで、羽根前縁領域を最適化可能である。
羽根前縁領域の複数の波の波長が、羽根後縁領域の複数の波の波長の2倍から10倍である。
5個から50個の波が、羽根後縁領域でスパン全体に均等に又は不均等に分布しているのが好ましく、波が、羽根前縁領域全体及び/又は羽根後縁領域全体に延在している必要はない。
波は、ハブ又はハブリングから離れている領域か、ハブ又はハブリングとは反対の方向の領域に、形成されていれば充分である。
前記複数の波の波長及び/又は前記複数の波の振幅が、前記ハブ又はハブリングから前記羽根先又は前記カバーリングに向かって、前記羽根後縁領域において増大している。
したがって、羽根後縁領域の歯の形状をこの用語で呼ぶ場合があり、この用語は、最も広い意味で使用される。
羽根後縁領域の歯は、振幅又は波又は歯の高さに対して波長が短い点で羽根前縁領域の波とは異なっており、場合によっては、急峻な側面と尖ったピークとを有している点でも羽根前縁領域の波とは異なっている。
設置時に安全に取り扱うために、自由端で丸みを帯びているか又は平らである。
歯を保護フィルム、エナメルなどで被覆することも考えられる。
複数の羽根が、3次元的にねじれているが、複数の羽根自体は、波状ではない場合、さらに有利である。
この特徴により、音の放出も低減する。
このようなウイングレットは、先行技術においてよく知られている。
また、この特徴により、音の放出を低減可能であり、性能が向上する場合がある。
また、波が、さまざまな波長及び/又はさまざまな振幅で、部分的に又は集団で形成されることも考えられる。
そのような実施形態の内容において、少なくとも羽根後縁領域で、すなわち、歯の領域で、エナメル加工又は粉末塗装されている。
羽根が板金部品である場合、これは、プレス加工又はレーザー切断加工によって製造され、その後、エンボス加工及び結合又は溶接、組み合わせなどにより完全な羽根車に組み立てられ、その後、軸流換気装置、斜流換気装置又はラジアル換気装置内で使用されてもよい。
羽根車は、要件に応じて設計及び製造され、軸流換気装置に用いる羽根車の羽根は、ハブから外方向に、自由端まで延在している。
羽根前縁領域及び羽根後縁領域の構成に関して、音の放出の低減、特に、前縁音と後縁音との低減が主要課題である場合は、前縁と羽根後縁領域の両方を特徴付けることにより、前述のような換気装置と同じ実施形態が適用可能である。
このため、一方では、請求項1の後に続く請求項を参照し、他方では、図面を用いた、本発明の実施形態の以下の説明を参照されたい。
図面の説明に関連して、実施形態も一般的に説明される。
ハブ3には、5枚の羽根2が配置されている。
このような羽根車1に対して、他の枚数の羽根2、有利には、3枚から9枚の羽根2も考えられる。
羽根車1は、射出成形により繊維強化プラスチックで作られている。
他の製造方法、たとえば、アルミダイカスト又は溶接された板金の設計も考えられる。
実施形態では、羽根車1は、単部品の羽根車として示されている。
しかし、個々の羽根2がハブと共に組み立てられた構成であってもよく、また、モーターの回転子の複数部位が羽根2に結合され単部品となっている、完全なダイカストによる回転子であってもよい。
羽根前縁領域6と羽根後縁領域7とが、羽根正圧側面28と羽根負圧側面29とを常に接続しており、これは、図3で認識可能である。
半径方向外側の端部では、羽根先5が形成されている。
羽根2の羽根前縁領域6の波形状に留意されたく、約7つの波のピークが、スパン全体に不均等に分布している。
羽根後縁領域7にも、同様に波が形成され、羽根後縁領域7の波は、歯のようである。
羽根後縁領域7での波の波長は、羽根前縁領域6での波の波長より短く、少なくとも1.5倍短い。
実施形態では、13個の波のピーク又は歯が、羽根後縁領域7でスパン全体に分布している。
羽根2は、三次元的にねじれた形状を有しているが、それ自体は、波状ではない、すなわち、このような羽根2を通る平坦な断面は、波を有していない。
波は、羽根前縁領域6で認識することができ、かつ、歯の形状で羽根後縁領域7で認識することができる。
羽根先5は、音響をさらに改善するために、正圧側から負圧側へ湾曲しているウイングレットを有している。
また、この図では、羽根前縁領域6の波の波長が、羽根後縁領域7の波の波長も長く、約2倍から10倍である。
この比率は、ノイズレベルを低減するのに有利である。
流入が摂動することによる音響ノイズレベルの低減と、後縁ノイズの低減との両方が達成される。
長い波長とやや小さい振幅とを有する羽根前縁領域6の波と、短い波長とやや大きい振幅とを有する(これにより、幾分歯のような外観である)羽根後縁領域7の波との間で相互作用が起き、このような羽根車1を有する換気装置の全体的な音が、低減される。
この図において、羽根2の負圧側面29に留意されたい。
この図では、羽根車1の回転方向は、時計回りである。
羽根前縁領域6の羽根先5は、回転方向で羽根2に先行し、羽根2は、前方に鎌状になっている。
こうすることで、半径方向外側の領域で、低騒音レベルと圧力安定性とおいて有利になる。
波状の歯のような羽根後縁領域7は、羽根負圧側面29への移行部に鋭い分離縁を有し、これにより、後縁ノイズの低減に有利になる。
部分直径10が、羽根2の羽根前縁領域6で、波のピークごとと波の谷ごととで示されている。
波状の羽根前縁領域6の波長11(λw)は、(外径RAの)羽根先5から(ハブ直径RNの)ハブ3へ向かって増大している。
波状又は歯状の羽根後縁領域7の波長12(λz)は、波状の羽根前縁領域6の波長11(λw)よりも1.5から3倍短く、羽根先5からハブ3へ向かって減少している。
また、羽根後縁領域7は、ハブ3の近くの領域で波状又は歯状ではない。
羽根後縁領域7の波の波長12(λz)が示され、波のピークから波のピークまで又は波の谷から波の谷までを測定することで得られる。
波長12(λz)は、羽根後縁領域7のスパン外形にわたって変化していてもよい。
さらに、羽根後縁領域7での波又は歯の高さ21(Hz)が示されている。
これは、波の振幅の約2倍に相当する。
Hzも、また、羽根後縁領域7のスパン外形にわたって変化していてもよいが、実施形態では、広い領域にわたって、ほぼ一定である。
羽根後縁領域7の波のピークでは、0.3×高さ21(Hz)未満の小さな隅肉半径が形成され、この波は、非常に歯に似た外観である。
羽根前縁領域6の波の波長11(λw)が、示され、これは、波のピークから波のピークまで又は波の谷から波の谷までを測定することで得られる。
波長11(λw)は、羽根前縁領域6のスパン外形にわたって変化していてもよい。
さらに、羽根前縁領域6における波の高さ又は2倍振幅22(Hw)が示されている。
これは、波の振幅の約2倍に相当する。
波のピークは、例えば、図4bのように軸方向で見ると、線24でつなぐことができ、波の谷は、線23でつなぐことができる。
これらの2つの線の間の間隔は、2倍振幅22(Hw)にほぼ一致し、羽根前縁領域6のスパン外形にわたって一定である。
音響パワーレベルは、広範囲の体積流量にわたって、本発明による構成により大幅に低減されている。
この実施形態では、板金製である。
5枚の羽根2は、レーザー切断及びエンボス加工による、板金製である。
それらの羽根2は、ハブ3とカバーリング4とに溶接されている。
シルエットラインから羽根2の羽根前縁領域6に波を認識でき、およそ、8つの波のピークが、スパン全体に均等に分布している。
羽根後縁領域7では、第2の波に重ねられた、波状の、やや歯に似た形状が認識でき、波長と波の振幅とを、羽根前縁領域6の波と比較可能である。
約48個の波や歯が、羽根後縁領域7のスパンにわたって分布している。
羽根後縁領域7での波又は歯は、羽根前縁領域6での波よりも明らかに多く、実施形態では、6倍であることが有利であり、2倍から10倍である。
カバーリング4は、換気装置の動作中に、空気が吸い込まれる空気流入開口部(右)を有している。
羽根2は、三次元的にねじれた形状を有している。
特に、羽根正圧側面28と羽根負圧側面29とは、広い領域にわたって羽根車1の回転軸に平行ではない。
このような3次元構成にすると、羽根車1を備えた換気装置の空気性能、効率、及び、音響に有利になる。
羽根後縁領域7で細長い歯又は波が、認識でき、羽根前縁領域6で波が、認識できる。
この羽根前縁領域6での波は、羽根後縁領域7での歯のような波よりも、非常に長い波長を有している。
この羽根2は、レーザー切断とエンボス加工との2段階で板金から作られ、波状の羽根前縁領域6と波状又は歯状の羽根後縁領域7とを有している。
羽根前縁領域6に波があることで、流入の摂動によるブレード通過騒音が低減される。
羽根後縁領域7において歯のような波があることで、後縁ノイズが、低減又は防止される。
この方法で製造された板金製の羽根2では、羽根後縁領域7を薄くすることは高価になるため、波状又は歯状の構成による後縁音の低減技術は、ここで特に適している。
波状の羽根前縁領域6と組み合わせると、特に、静かな換気装置が得られる。
この実施形態では、羽根2は、ハブ3及びカバーリング4に溶接され、他の接続(例えば、複数のタブの結合)も考えられる。
一般に、射出成形によって、プラスチックから、本発明による単部品又は複数部品からなる羽根車1を製造することも考えられる。
この実施形態における羽根正圧側面28及び羽根負圧側面29の表面全体が、板金製の羽根にエンボス加工することで形成された波を有している。
三次元的にねじれた構成となっていることが、非常に明白である。
三次元的にねじれた形状とエンボス加工による波のおかげで、羽根2は、さらに強化されている。
つまり、エンボス加工による波は、羽根2の強度と形状安定性に有利な影響を与えている。
羽根後縁領域7での波又は歯の波長は、羽根前縁領域6での波の波長よりも著しく短いこと、すなわち、実施形態では、約6分の1であることが、極めて明白である。
この板金の切断片をエンボス加工することで、完成した羽根2が製造される。
羽根後縁領域7の波状又は歯のような外形が、切断片ですでに明白になっている。
羽根後縁領域7の歯は、切断片にすでに存在しているため、エンボス加工用の金型は、羽根後縁領域7の歯を有さない。
これらの細長い構造をエンボス加工装置で形成する必要がないため、この点は、有利である。
羽根前縁領域6の波は、平らな切断片ですでに明白になっている。
ハブ側の羽根2の端部9及びカバーリング側の羽根2の端部13には、さまざまな位置決め機構18、19が存在している。
ほぼ中央にある半円形の位置決め機構19は、羽根2をエンボス加工装置内で位置決めさせる機能を有し、角のある位置決め機構18は、溶接工程において、ハブ及びカバーリングに対して羽根2を位置決めさせる機能を有する。
羽根前縁領域6での波長11(λw)と羽根後縁領域7での波長12(λz)とが示されている。
波長11(λw)の波が、羽根2全体とその羽根正圧側面28と羽根負圧側面29とにわたって明白に存在している(図15参照)ので、この羽根後縁領域7においても、波長11(λw)が、波長12(λz)に明白に重ねられている。
羽根後縁領域7での歯の短い波長が、波長12(λz)で示されている。
波長11(λw)は、波長12(λz)の約6倍であり、2倍から10倍である。
羽根後縁領域7での波又は歯の高さ21(Hz)は、羽根後縁領域7での波又は歯の波長12(λz)と少なくとも同じ長さであり、少なくとも1.4×波長12(λz)である。
したがって、羽根後縁領域7での歯又は波は、それらの波長に対して、比較的高い。
ここでも、波状の羽根前縁領域6との相互作用によって、羽根2を備えている羽根車を有している換気装置の騒音レベルを最小にするため、板金羽根羽根の場合、波長12(λz)は、板金の厚さの2倍以下であるか、又は、羽根後縁領域7での羽根2の厚さは、この厚さの1.5倍以下である。
波又は歯は、外側端部(波のピーク)で尖っておらず、代わりに平らになっている。
これにより、羽根車1を取り扱う際に、歯が損傷する危険性や、怪我の危険性が低減する。
波状又は歯状の羽根後縁領域7を有する板金羽根羽根は、粉末被覆又はエナメル加工がなされている。
これにより、尖ったエッジが鈍くなり、怪我の危険性がさらに低減する。
羽根2は、ハブ3とカバーリング4との間で延在している。
カバーリング4の流出端部16とハブリング3の流出端部15とは、羽根車1の出口領域が拡大するように湾曲し、静的効率を高めることができる。
波状の羽根2を通る断面20において、羽根2が、少なくともその広い延在領域にわたって、波形状を有している。
羽根正圧側面28と不可視の羽根負圧側面29とが、この波形状を有している。
羽根正圧側面28及び羽根負圧側面29のこの波の波長は、羽根前縁領域6の波長と等しいか、又は、類似している。
波は、羽根後縁領域7まで続き、短い波長の羽根後縁領域7の波又は歯に重ねられている。
2・・・羽根
3・・・ハブ又はハブリング
4・・・カバーリング
5・・・羽根先(ウイングレット)
6・・・羽根前縁領域
7・・・羽根後縁領域
8・・・羽根スパン
9・・・ハブ側の羽根端部
10・・・部分直径、スパン位置
11・・・羽根前縁領域の波長λw
12・・・羽根後縁領域の波長λz
13・・・カバーリング側の羽根端部
14・・・流入開口部
15・・・ハブ又はハブリングの流出端部
16・・・カバーリングの流出端部
17・・・羽根又はハブ位置決め機構
18・・・羽根又はカバーリング位置決め機構
19・・・エンボス加工装置用の羽根位置決め機構
20・・・羽根を通る断面
21・・・羽根後縁領域の歯又は波の高さHz、2倍振幅
22・・・羽根前縁領域の歯又は波の高さHw、2倍振幅
23・・・羽根前縁領域の波の谷を結ぶ線
24・・・羽根前縁領域の波のピークを結ぶ線
25・・・羽根前縁領域の波の中心線
26・・・羽根後縁領域の波の谷を結ぶ線
27・・・羽根後縁領域の波のピークを結ぶ線
28・・・羽根正圧側面
29・・・羽根負圧側面
Claims (16)
- 波状の羽根前縁領域と波状の羽根後縁領域とを有する、換気装置の羽根車のハブに配置される複数の羽根であって、
前記羽根前縁領域の複数の波が、前記羽根後縁領域の複数の波よりも長い波長を有し、
前記複数の羽根が、3次元的にねじれた形状を有し、
前記波状の羽根前縁領域の波長が、羽根先から前記ハブに向かって、増大していることを特徴とする、複数の羽根。 - 前記羽根前縁領域の前記複数の波の波長が、前記羽根後縁領域の前記複数の波の波長の1.5倍以上であることを特徴とする、請求項1に記載の複数の羽根。
- 5個から10個の波のピークが、前記羽根前縁領域でスパン全体に均等に又は不均等に分布していることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の複数の羽根。
- 10個から50個の波が、前記羽根後縁領域で前記スパン全体に均等に又は不均等に分布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複数の羽根。
- 前記複数の波の振幅が、前記ハブから前記羽根先に向かって、前記羽根前縁領域において減少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複数の羽根。
- 前記複数の波の波長及び/又は前記複数の波の振幅が、前記ハブから前記羽根先に向かって、前記羽根後縁領域において増大していることを特徴とする、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の複数の羽根。
- 前記複数の波が、前記羽根後縁領域で複数の歯として構成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複数の羽根。
- 前記複数の歯が、前記複数の歯の自由端で丸みを帯びているか、又は、平らであることを特徴とする、請求項7に記載の複数の羽根。
- 前記複数の羽根が、軸流換気装置又は斜流換気装置用であり、
複数の前記羽根先が、前記正圧側から前記負圧側に向けて湾曲しているウイングレットを備え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複数の羽根。 - 前記複数の波が、前記羽根前縁領域及び前記羽根後縁領域の少なくとも一部にわたって延在していることを特徴とする、請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載の複数の羽根。
- 前記複数の羽根が、板金製であり、かつ、少なくとも前記羽根後縁領域において、エナメル加工又は粉末塗装されていることを特徴とする、請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の複数の羽根。
- 前記複数の羽根が、射出成形によるプラスチック製であるか、ダイカストによるアルミニウム製であるか、又は、プレス加工による板金製であることを特徴とする、請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の複数の羽根。
- 請求項1乃至請求項12の一項に記載の複数の羽根を有している羽根車であって、
前記複数の羽根が、個々に製造されている又は、
前記複数の羽根が、複数のタブを結合又は溶接、組み合わせていることと同じように、射出成形によるプラスチックの単部品として製造されているか、ダイカストによるアルミニウムの単部品として製造されているか、又はプレス加工による若しくはレーザーカット加工とエンボス加工とによる板金の単部品として製造されていることを特徴とする、羽根車。 - 請求項1乃至請求項12の一項に記載の複数の羽根を有している羽根車であって、
前記羽根車全体が、複数のタブを結合又は溶接、組み合わせていることと同じように、射出成形によるプラスチックの単部品として製造されているか、ダイカストによるアルミニウムの単部品として製造されているか、又はプレス加工による若しくはレーザーカット加工とエンボス加工とによる板金の単部品として製造されていることを特徴とする、羽根車。 - 前記ハブと、前記ハブから外向きに延在していることを特徴とする、請求項1乃至請求項12のいずれか一項に記載の複数の羽根とを有している軸流換気装置又は斜流換気装置。
- ハブリングと、カバーリングと、前記ハブリングと前記カバーリングとの間で延在している羽根車と、を有し、
前記羽根車に用いて波状の羽根前縁領域と波状の羽根後縁領域とを備えた複数の羽根を有し、
前記羽根前縁領域の複数の波が、前記羽根後縁領域の複数の波よりも長い波長を有し、
前記複数の羽根が、3次元的にねじれた形状を有し、
前記波状の羽根前縁領域の波長が、前記カバーリングから前記ハブリングに向かって、増大していることを特徴とする、ラジアル換気装置。
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