NL9402187A - Huishoudelijke ventilator. - Google Patents

Description

De uitvinding heeft betrekking op een ventilator, omvattende: een centrale naaf; een aantal met die naaf verbonden bladen, die zich althans min of meer in radiale richting uitstrekken, welke bladen een zodanige vorm bezitten, dat bij roterende aandrijving rond de hartlijn van de naaf een luchtverplaatsing optreedt; en aandrijfmiddelen voor het roterend aandrijven van de bladen met de naaf rond de hartlijn van de naaf.

Een dergelijke ventilator is bekend. Hij is zodanig uitgevoerd, dat de aandrijfmiddelen een motor met niet-verwaarloosbare diameter omvatten, de uitgaande as van welke motor rechtstreeks met de naaf is verbonden. De naaf vertoont een aan de diameter van de motor aangepaste, eveneens niet-verwaarloosbare diameter.

Het nadeel van een dergelijke bekende structuur is, dat het centrale gedeelte van de ventilator niet meewerkt aan het opwekken van de gewenste luchtstroom, hetgeen uit rendementsoverwegingen ongewenst is.

Een verder belangrijk rendement-beperkend aspect is de omstroming van de einden van de bladen, de zogenaamde tips.

Het zou gewenst zijn, deze tip-omstroming te elimineren.

Het is een verder doel van de uitvinding, een ventilator zodanig uit te voeren, dat hij met zeer gering volume getransporteerd kan worden. In het bijzonder voor consumenten-toepassingen is dit aspect van belang. Voor dergelijke toepassingen verdient het namelijk de voorkeur, het transportvolume met het oog op volume-transportkosten, verpakkingskosten en milieu-overwegingen zo jering mogelijk te maken.

Het is derhalve een doel van de uitvinding, een ventilator zodanig uit te voeren, dat verliezen als gevolg van de aanwezigheid van een aërodynamisch niet-werkzame naaf tot verwaarloosbare proporties zijn teruggebracht.

Ter verwezenlijking van deze doelstelling verschaft de uitvinding een ventilator van het vermelde type, die het kenmerk vertoont, de eindzones van de bladen door een ring verbonden zijn, welke ring roteerbaar in een ringvormige behuizing gedragen is; de aandrijfmiddelen een motor omvatten, die op afstand van de naaf buiten de door de aangedreven bladen opgewekte luchtstroom is geplaatst; de axiale afmetingen van de ring en die van de ringvormige behuizing ten hoogste 0,1 x de diameter is; en de ringvormige behuizing wordt gedragen door draagmiddelen, bijvoorbeeld een op een vlak te plaatsen voet.

Een specifieke uitvoering is die, waarin de ring deel uitmaakt van de aandrijfmiddelen.

Bijvoorbeeld kan deze variant de bijzonderheid vertonen dat de ring door een motor wordt aangedreven.

Een specifieke uitvoering vertoont de bijzonderheid dat de ring de rotor van een eventueel collectorloze elektromotor is.

Een variant van deze laatste uitvoering vertoont de bijzonderheid, dat de rotor een lineaire inductiemotor is.

Gebruik kan worden gemaakt van mechanische roterende legering. In een alternatief vertoont de ventilator volgens de uitvinding de bijzonderheid dat de rotor tijdens bedrijf magnetisch is opgehangen.

Een verdere rendementsverhoging wordt verkregen met een uitvoering, waarin de bladen een aërodynamische vorm met gemaximaliseerde cL/cD bij een geminimaliseerde (cD)0, zijnde de weerstandscoëfficiënt bij cL = 0 bezitten.

Een lichte en niettemin mechanisch zeer sterke uitvoering vertoont de bijzonderheid dat de bladen onder voorspanning met de naaf en de ring verbonden zijn.

Weer een verdere variant met een zeer lichte rotor vertoont de bijzonderheid dat de bladen elk een uit metaal met een dikte van ten hoogste 1 mm bestaande huid omvatten.

Een bepaalde uitvoering vertoont de bijzonderheid dat de bladen elk een uit eventueel met treksterke vezels gewapende kunststof laag bestaande huid omvatten.

De hiervoor genoemde twee uitvoeringen kunnen het kenmerk vertonen dat de huid een dikte bezit van 0,001 - 0,03 x de gemiddelde koorde van een blad.

In het bijzonder bij toepassing van voorspanning kan deze laatste variant gebruik maken van een zeer dunne huid. Bijvoorbeeld kan de ventilator dan de bijzonderheid vertonen dat de huid een dikte van (0,2 ± 0,1) mm bezit.

Diverse geschikte materialen komen in aanmerking. Uit overwegingen van sterkte enerzijds en prijs en verwerkingskosten anderzijds verdient die uitvoering de voorkeur, waarin de huid uit aluminium of roestvast staal bestaat.

Ter verkrijging van een vergrote bestendigheid tegen vervorming door stoten of dergelijke kan de ventilator de bijzonderheid vertonen dat de door de huid omsloten holte met een vulstof gevuld is.

Deze laatste uitvoering kan op een eenvoudige wijze worden vervaardigd. Deze variant vertoont de bijzonderheid dat de vulstof vooraf in een vormholte is gemodelleerd en vervolgens de huid daaromheen is aangebracht.

Nog een verdere verhoging van het rendement kan worden verkregen met een uitvoering, waarin het aantal bladen meer dan vier bedraagt. Bijvoorbeeld kan het aantal bladen acht of meer bedragen. Bij gebruik van een aërodynamisch geoptimaliseerde vormgeving kan het rendement ten opzichte van bekende ventilatoren zeer hoog zijn, terwijl verder het toerental-tolerantiegebied sterk is uitgebreid. Bijvoorbeeld kan de gemiddelde dikte van de bladen in de orde van 15 % van de koorden liggen. Bij bekende ontwerpen ligt deze dikte in de orde van 2 a 3 %. Met een dergelijk ontwerp neemt de weerstandscoëfficiënt cD af, terwijl de liftcoëfficiënt cL bijvoorbeeld van 0,8 naar 1,6 kan worden verhoogd. Het rendement van de ventilator hangt samen met het quotiënt cL/cD. Door deze maatregelen kan hierdoor het ventilatorrendement worden verhoogd tot in de orde van grootte van 90%. Bij bekende ontwerpen ligt dit rendement in de orde van grootte van maximaal 50 %. Ook draagt het verlagen van cD bij tot een reductie van het afgegeven geluid.

Een voordeel van het gebruik van een groter aantal bladen is, dat het toegepaste toerental lager kan zijn en de geluidproduktie corresponderend kan afnemen.

De bladen zullen voor een geoptimaliseerde aërodynamische vormgeving naar hun naar de ring gewende einden toelopen. De torsie van de bladen kan, gezien in de axiale richting van de ventilator, bij de hartlijn een torsie in de orde van 15° vertonen, terwijl de bladen aan de tips, dat wil zeggen de aan de ring grenzende einden, bijvoorbeeld een torsie in de orde van 65° kunnen vertonen.

Voor het zo goed mogelijk geleiden van de door de ventilator opgewekte luchtstroom kan de ventilator de bijzonderheid vertonen dat althans het binnenvlak van de ring een aërodynamische vorm vertoont.

Geluidbeperkend en rendement verhogend is die uitvoering, waarin de eindzones van de bladen vloeiend aansluiten aan het binnenvlak van de ring.

Deze uitvoering kan met voordeel het kenmerk vertonen dat de eindzones een zich over de gehele omtrek verbredende vorm vertonen met een kromtestraal in dezelfde orde van grootte als de karakteristieke dikte van de bladen.

Een variant, waarin de bladen een aërodynamische vorm met gemaximaliseerde cL/cD bij geminimaliseerde (cD)0, zijnde de weerstandscoëfficiënt bij cL = 0 bezitten, kan met voordeel bovendien het kenmerk vertonen dat de bladen een achterrand met een ten opzichte van de aërodynamische grenslaag tijdens bedrijf van de ventilator geringe dikte bezitten.

In een variant, waarin de bladen elk een huid van metaal of gewapende kunststof omvatten kan de hiervoor genoemde uitvoering de bijzonderheid vertonen dat de achterrand is gevormd door één huidlaag, die aansluit aan een zone, waarin twee huidlagen elkaar overlappen, waarbij de huidlaag van de achterrand zich aan de convexe zijde bevindt.

Een specifieke uitvoering vertoont de bijzonderheid, dat de bladen thermisch werkzaam element, zoals een verwarmingselement of een koelelement, dragen, waaraan via de ringvormige behuizing energie wordt toegevoerd.

Als gevolg van de bij voorkeur aërodynamische vorm van de bladen kan een thermisch werkzaam element in uitstekend warmtewisselend contact staan met de langsstromende lucht, zonder dat suizende geluiden optreden, die gebruikelijk zijn bij ventilatorkachels met bijvoorbeeld schroeflijnvormig gewikkelde verwarmingsdraden.

Een specifieke uitvoering vertoont de bijzonderheid dat een als elektrisch verwarmingselement werkzaam weerstandselement, bijvoorbeeld omvattende weerstandsdraden, een folie-weerstandselement, een geleidende kunststof, in kunststof ingebedde geleidende deeltjes of poeder, bijvoorbeeld bestaande uit metaal of koolstof, welk weerstandselement kan zijn verbonden met of ingebed in een bij voorkeur thermisch resistente kunststof of een combinatie daarvan.

Een uitvoering met een koelelement kan met voordeel zijn voorzien van een Peltier-element. Een dergelijk element kan op basis van een halfgeleider-junctie warmte aan de omgeving onttrekken en die langs elektrische overdrachtsweg overdragen naar een elders geplaatst verwarmingselement.

Aldus kan een gekoelde luchtstroom worden opgewekt.

Teneinde de noodzakelijke energie voor het thermisch werkzame element over te brengen naar de bladen kan gebruik zijn gemaakt van tussen de ring en de behuizing aanwezige sleepcontacten voor overdracht van elektrische energie, bijvoorbeeld door middel van een geleidende vloeistof, zoals kwik of een geleidende semi-fluid.

Een andere uitvoering is, welke is voorzien van een roterende transformator, waarvan de stator met de behuizing en de rotor met de ring verbonden is, dan wel daarvan deel uitmaakt.

Zoals bekend, neemt het rendement van de transformator toe en daarmee het benodigde transformatorvolume en -gewicht af, naarmate de gebruikte frequentie hoger wordt. In verband daarmee verdient die uitvoering de voorkeur, die is voorzien van een stroomtoevoer, die elektrische stroom aan de behuizing kan toevoeren, in welke stroomtoevoer een frequentie-omvormer is opgenomen, die de lichtnetfrequentie omzet in een hogere frequentie, bijvoorbeeld in het gebied 400 Hz - 10 kHz.

Een zo klein mogelijk transportvolume is realiseerbaar met een uitvoering, waarin de draagmiddelen een inklapbare voet, bij voorkeur met een in ingeklapte toestand aan de vorm van de rest van de ventilator aangepaste vorm, omvatten.

Een voorkeursuitvoering vertoont de bijzonderheid dat de ring met instelbare stand door de voet wordt gedragen.

Een specifieke uitvoering vertoont het kenmerk dat de ring aan ten minste één zijde een door lucht doorstroombare beschermkap draagt.

Een voorkeursvariant hiervan vertoont de bijzonderheid dat de beschermkap een vrijdragende spiraalvormige strook omvat.

Een zeer geringe geluidproduktie wordt verkregen met een uitvoering waarin de strook een aërodynamische vorm vertoont.

Weer een andere uitvoering vertoont het kenmerk dat de ring via een de stand van de behuizing periodiek variërende transmissie door de draagmiddelen wordt gedragen.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van bijgaande tekeningen. Hierin tonen: figuur 1 een perspectivisch aanzicht van een huishoudelijke ventilator volgens de uitvinding; figuur 2 een gedeeltelijk weggebroken perspectivisch aanzicht van een tweede uitvoeringsvoorbeeld; figuur 3 een gedeeltelijk weggebroken perspectivisch aanzicht van een derde uitvoeringsvoorbeeld; en figuur 4 een gedeeltelijk weggebroken gedeeltelijk perspectivisch aanzicht van een deel van een ventilator.

Figuur 1 toont een huishoudelijke ventilator 1. Hij omvat een centrale naaf 2, acht met die naaf verbonden bladen 3, die zich althans min of meer in radiale richting uitstrekken en een zodanige vorm bezitten, dat bij roterende aandrijving rond de hartlijn van de naaf een luchtverplaatsing optreedt, alsmede een aandrijfmotor 4 voor het roterend aandrijven van de bladen 3 rond de hartlijn van de naaf 2. De eindzones van de bladen 3 zijn door een ring 6 verbonden, welke ring 6 roteerbaar in een ringvormige behuizing 7 gedragen is. De motor 4 is op afstand van de centrale naaf 2 buiten de door de aangedreven bladen 3 opgewekte luchtstroom geplaatst. De axiale afmetingen van de ring 6 en die van de ringvormige behuizing 7 bedragen ten hoogste 0,1 x de betreffende diameter. De ringvormige behuizing 7 wordt gedragen door een inklapbare voet, die uit twee delen 8,9 bestaat. Deze delen zijn inklapbaar volgens pijlen, respectievelijk 10,11 en vertonen een in ingeklapte toestand aan de vorm van de rest van de ventilator aangepaste vorm.

De motor 4 drijft de ring 6 aan door middel van een snaar 12.

Ter illustratie is in figuur 1 tevens een telefoontoestel 13 getekend, dit geeft een indruk van de mogelijke afmetingen van de ventilator 1.

Figuur 2 toont een ventilator 14.

In deze uitvoering draagt een ringvormige behuizing 15 drie motoren 15,16,17 van het type met externe rotor. De externe rotoren van deze motoren drijven de ring 6, en daarmee de gehele rotor 2,3,6, aan.

De behuizing 22 draagt een beschermrooster 18, dat is uitgevoerd als een vrij dragende spiraal, waarvan de aërodynamische vorm door de schaal van figuur 2 niet zichtbaar is. Met een eenvoudig taats-leger drukt het vrije centrum van het rooster 18 licht tegen het vrije uiteinde van de naaf 2.

Pijlen 19 duiden de lucht-stromingsrichting aan.

De behuizing 22 wordt gedragen door een voet 20. Deze draagt een bedieningseenheid 21 voor het besturen van een aantal functies van de ventilator 14.

De behuizing 22 wordt door een kogelgewricht 23 gedragen door de voet 20. In de voet is een motor 24 geaccommodeerd, die een kruisdraadspindel 25 aandrijft. Deze werkt samen met een slede 26, die scharnierbaar met de kogel 23 is gekoppeld, zodanig dat bij aandrijving van de kruisdraadspindel 25 de kogel, en aldus de daardoor gedragen behuizing met onderdelen een reci-procerende beweging in het horizontale vlak uitvoert. Deze beweging is met pijl 27 aangeduid. Een verticale corresponderende beweging wordt verkregen door een analoge constructie door middel van een in de behuizing 22 geaccommodeerde motor 28, kruisdraadspindel 29 en slede 30. De betreffende reci-procederende beweging in het verticale vlak is met pijl 31 weergegeven.

De ventilator 14 ontvangt zijn elektrische energie via een netsnoer 32.

Figuur 3 toont een huishoudelijke ventilator 51.

In deze uitvoering is de ringvormige behuizing 52 via een kogelgewricht 53 met knevelhefboom 54 gedragen door een voet 55, waarin een bedieningseenheid 56 is geaccommodeerd.

In de behuizing 52 zijn elektromagnetische stator-elementen 57 geaccommodeerd, die samenwerken met elektromagnetische rotor-elementen 58, die in ring 59 zijn opgenomen, die op zijn beurt wordt gedragen en aangedreven door de motoren 15,16,17. De elementen 57 en 58 vormen samen een roterende transformator. De via de statorelementen 57 tijdens rotatie van de rotor 2,3,6 aan de rotor-elementen 58 overgedragen elektrische energie wordt toegevoerd aan een verwarmingselement, dat bestaat uit een weerstandsdraad, die aan het oppervlak van de bladen 3 daarin is ingebed en aldus een verwarmingselement vormt, dat warmte kan afgeven aan de bij rotatie van de rotor optredende luchtstroom 19.

In de voet 55 is een frequentie-omvormer 60 geaccommodeerd, die de lichtnet-frequentie, gewoonlijk 50 of 60 Hz, omzet in een aanzienlijk hogere frequentie, bijvoorbeeld in de orde van 5 kHz. Hierdoor kan zowel het volume als het gewicht van de transformator 57, 58 beperkt zijn, terwijl niettemin een uitstekende energie-overdracht wordt verkregen. De frequentie-omvormer is van het vaste-stoftype, kan compact zijn en is in een gering volumebeslag in staat, de noodzakelijke energie naar het niet-getekende verwarmingselement over te dragen. Een praktisch over te dragen vermogen ligt in de orde van 1-2 Kw.

Figuur 4 toont een detail van een variant. In deze uitvoering draagt een ringvormige behuizing 61 elektromagnetische statorelementen 62, terwijl de ring 63, die functioneel correspondeert met de ring 6 volgens figuur 1 en figuur 2, elektromagnetische rotor-elementen accommodeert.

De elementen 62 en 64 vormen samen een ringvormige lineaire inductiemotor.

Figuur 4 toont verder de structuur van de ventilatorbladen 3. Elk blad 3 omvat een tot een aërodynamische vorm gemodelleerde huid 38, zodanig dat het blad 3 een convex vlak 39 en een concaaf vlak 40 vertoont. Deze vlakken sluiten aan elkaar aan via een gebogen voorrand 41 met relatief geringe kromtestraal. In de achterzone 42 overlappen de vlakken 39 en 40 elkaar. Voorbij de overlapzone 43 steekt dat huiddeel uit, aansluit aan het convexe vlak 39. Aldus ontstaat een uitstekende achterrand 44, bestaande uit een dunne laag overeenkomstig de dikte van de huid.

Het blad 3 is verder met schuimstof 45 gevuld.

In alle getekende uitvoeringsvoorbeelden sluiten de eindzones 65 van de bladen 3 vloeiend aan aan het binnenvlak van de ring 6,63. Deze eindzones vertonen een zich over de gehele omtrek verbredende vorm met een min of meer constante kromtestraal, die in dezelfde orde van grootte ligt als de karakteristieke dikte van de bladen 3.

Claims (33)

1. Ventilator, omvattende: een centrale naaf; een aantal met die naaf verbonden bladen, die zich althans min of meer in radiale richting uitstrekken, welke bladen een zodanige vorm bezitten, dat bij roterende aandrijving rond de hartlijn van de naaf een luchtverplaatsing optreedt; en aandrijfmiddelen voor het roterend aandrijven van de bladen met de naaf rond de hartlijn van de naaf, met het kenmerk, dat de eindzones van de bladen door een ring verbonden zijn, welke ring roteerbaar in een ringvormige behuizing gedragen is; de aandrijfmiddelen een motor omvatten, die op afstand van de naaf buiten de door de aangedreven bladen opgewekte luchtstroom is geplaatst; de axiale afmetingen van de ring en die van de ringvormige behuizing ten hoogste 0,1 x de diameter is; en de ringvormige behuizing wordt gedragen door draagmiddelen, bijvoorbeeld een op een vlak te plaatsen voet.

2. Ventilator volgens conclusie 1, waarin de ring deel uitmaakt van de aandrijfmiddelen.

3. Ventilator volgens conclusie 2, waarin de ring door een motor wordt aangedreven.

4. Ventilator volgens conclusie 2, waarin de ring de rotor van een eventueel collectorloze elektromotor is.

5. Ventilator volgens conclusie 4, waarin de rotor een lineaire inductiemotor is.

6. Ventilator volgens conclusie 4, waarin de rotor tijdens bedrijf magnetisch is opgehangen.

7. Ventilator volgens conclusie l, waarin de bladen een aërodynamische vorm met een gemaximaliseerde cL/cD bij een geminimaliseerde (cD)0, zijnde de weerstandscoëfficiënt bij cL = 0 bezitten.

8. Ventilator volgens conclusie 1, waarin de bladen onder voorspanning met de naaf en de ring verbonden zijn.

9. Ventilator volgens conclusie 1, waarin de bladen elk een uit metaal bestaande huid omvatten.

10. Ventilator volgens conclusie 1, waarin de bladen elk een uit eventueel met treksterke vezels gewapende kunststof laag bestaande huid omvatten.

11. Ventilator volgens conclusie 9 of 10, waarin de huid een dikte bezit van 0,001 - 0,03 x de gemiddelde koorde van een blad.

12. Ventilator volgens conclusie 9 of 10, waarin de huid een dikte van (0,2 ± 0,1) mm bezit.

13. Ventilator volgens conclusie 9 of 10, waarin de huid uit aluminium of roestvast staal bestaat.

14. Ventilator volgens conclusie 9 of 10, waarin de door de huid omsloten holte met een vulstof gevuld is.

15. Ventilator volgens conclusie 14, waarin de vulstof vooraf in een vormholte is gemodelleerd en vervolgens de huid daaromheen is aangebracht.

16. Ventilator volgens conclusie 1, waarin het aantal bladen meer dan vier bedraagt.

17. Ventilator volgens conclusie l, waarin althans het binnenvlak van de ring een aërodynamische vorm vertoont.

18. Ventilator volgens conclusie 17, waarin de eindzones van de bladen vloeiend aansluiten aan het binnenvlak van de ring.

19. Ventilator volgens conclusie 18, waarin de eindzones een zich over de gehele omtrek verbredende vorm vertonen met een kromtestraal in dezelfde orde van grootte als de karakteristieke dikte van de bladen.

20. Ventilator volgens conclusie 7, waarin de bladen een achterrand met een ten opzichte van de aërodynamische grenslaag tijdens bedrijf van de ventilator geringe dikte bezitten.

21. Ventilator volgens conclusie 20 en 9 of 10, waarin de achterrand is gevormd door één huidlaag, die aansluit aan een zone, waarin twee huidlagen elkaar overlappen, waarbij de huidlaag van de achterrand zich aan de convexe zijde bevindt.

22. Ventilator volgens conclusie 1, waarin de bladen een thermisch werkzaam element, zoals een verwarmingselement of een koelelement, dragen, waaraan via de ringvormige behuizing energie wordt toegevoerd.

23. Ventilator volgens conclusie 22, omvattende een als elektrisch verwarmingselement werkzaam weerstandselement, bijvoorbeeld omvattende weerstandsdraden, een folie-weerstandselement, een geleidende kunststof, in kunststof ingebedde geleidende deeltjes of poeder, bijvoorbeeld bestaande uit metaal of koolstof, welk weerstandselement kan zijn verbonden met of ingebed in een bij voorkeur thermisch resistente kunststof of een combinatie daarvan.

24. Ventilator volgens conclusie 22, omvattende een Peltier-element.

25. Ventilator volgens conclusie 22, omvattende tussen de ring en de behuizing aanwezige sleepcontacten voor overdracht van elektrische energie, bijvoorbeeld door middel van een geleidende vloeistof, zoals kwik of een geleidende semi-fluid.

26. Ventilator volgens conclusie 22, omvattende een roterende transformator, waarvan de stator met de behuizing en de rotor met de ring verbonden is, dan wel daarvan deel uitmaakt.

27. Ventilator volgens conclusie 26, omvattende een stroomtoevoer, die elektrische stroom aan de behuizing kan toevoeren, in welke stroomtoevoer een frequentie-omvormer is opgenomen, die de lichtnetfrequentie omzet in een hogere frequentie, bijvoorbeeld in het gebied 400 Hz - 10 kHz.

28. Ventilator volgens conclusie 1, waarin de draagmiddelen een inklapbare voet, bij voorkeur met een in ingeklapte toestand aan de vorm van de rest van de ventilator aangepaste vorm, omvatten.

29. Ventilator volgens conclusie 1, waarin de ring met instelbare stand door de voet wordt gedragen.

30. Ventilator volgens conclusie 1, waarin de ring aan ten minste één zijde een door lucht doorstroombare beschermkap draagt.

31. Ventilator volgens conclusie 30, waarin de beschermkap een vrijdragende spiraalvormige strook omvat.

32. Ventilator volgens conclusie 31, waarin de strook een aërodynamische vorm vertoont.

33. Ventilator volgens conclusie 1, waarin de ring via een de stand van de behuizing periodiek variërende transmissie door de draagmiddelen wordt gedragen.