PL204058B1 - Wentylator do odprowadzania powietrza - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest wentylator do odprowadzania powietrza przeznaczony do połączenia z kanałem wentylacyjnym do wyciągania powietrza z co najmniej jednego pomieszczenia, w celu dostarczenia do pomieszczenia ś wieżego powietrza.

Wiele pomieszczeń, takie jak pomieszczenia mieszkalne lub lokale biurowe ma urządzenia zapewniające świeże powietrza, w celu utrzymania pomieszczeń w dobrych warunkach, ponieważ muszą one posiadać wentylację w celu zapewnienia materiałom, wchodzącym w ich skład zachowanie jakości jak również w celu dostarczenia komfortu osobom zajmującym te pomieszczenia.

Nowoczesne lokale są zazwyczaj zaopatrzone w mechanicznie kontrolowane instalacje wentylacyjne, przy czym takie instalacje obejmują jednostkę ssącą przeznaczona do wyciągania pewnej objętości powietrza z pomieszczeń zawierających sanitarne i kuchenne udogodnienia, takich jak kuchnie, łazienki, toalety, itd., przy czym objętość powietrza równoważna objętości powietrza wciąganego jest przyjmowana w pomieszczeniach wypoczynkowych, takich jak salon-jadalnia lub sypialnia przez otwory wlotowe powietrza umieszczone w tych pomieszczeniach, na przykład w otworach okiennych.

Inne rozwiązanie, wprowadzone zwłaszcza w starszych budowlach, polega na wykonaniu otworu wylotowego powietrza w pomieszczeniach sanitarnych i kuchennych w kierunku przewodu wentylacyjnego o dużym przekroju wychodzącego w dachu, wylotu powietrza wyciąganego przez naturalny ciąg kiedy ciśnienia napędowe wywołane dmuchem i cyrkulacją termiczną są wystarczające, na przykład kiedy ciśnienia napędowe są większe od ciśnień wytworzonych przez połączone działanie odchylenia temperatury wynoszące 10°C wewnątrz i na zewnątrz pomieszczeń i dmuchem wynoszącym 3m/s. Naturalny ciąg może dać zadowalające rezultaty w okresie zimowym, kiedy temperatura na zewnątrz jest wyraźnie wyższa od temperatury wewnątrz pomieszczenia. Jednakże, w okresie letnim można mieć odwrotną temperaturę wywołującą cyrkulację powietrza w kierunku odwrotnym, to znaczy przyjęcie powietrza przez kanał zwykle przeznaczony do wyciągania.

Tak więc może być pożyteczne połączenie tego kanału z wentylatorem zapewniając dodatkowe ciśnienie napędowe kiedy naturalny ciąg jest niewystarczający, zwłaszcza w okresie letnim, poprzez użycie wentylatora osiowego zwierającego większą ilość łopatek rozciągających się od trzonu wentylatora w kierunku na zewnątrz, przy czym łopatki mają nachylenie zapewniające przesuwanie powietrza. Jednakże, znaczna ilość siły napędowej musi być dostarczona dla napędu wentylatora i kiedy wentylator jest w stanie nieruchomym, w celu zapewnienia świeżego powietrza przez naturalny ciąg, łopatki tworzą znaczny spadek ciśnienia, który znacznie ogranicza przepływ wciąganego powietrza.

Celem wynalazku jest dostarczenie wentylatora przeznaczonego do połączenia z kanałem do wyciągu powietrza, którego budowa jest taka, że wentylator tworzy tylko nieznaczne spadki ciśnienia kiedy jest w stanie nieruchomym, a więc umożliwiając w ten sposób wyciąganie powietrza przez naturalny ciąg i który w stanie działania zapewnia przepływ powietrza porównywalny z przepływem uzyskanym poprzez zwyczajowy naturalny ciąg odpowiadający na przykład różnicy temperatury wynoszącej 15°C pomiędzy wnętrzem i stroną zewnętrzną i szybkością dmuchu wynoszącą 4 m/s, zużywając małą ilość energii elektrycznej, wiec umożliwiając w ten sposób jego zasilanie, w miarę potrzeby, przy pomocy panelu słonecznego umieszczonego na dachu obok wentylatora. Celem wynalazku jest więc dostarczenie instalacji, która działa stale na bazie energii naturalnej to znaczy ciśnień napędowych wywołanych dmuchem i cyrkulacją termiczną, zwłaszcza zimą i w sezonach bezpośrednich, przy pomocy energii słonecznej, która zasila silnik wentylatora latem.

W tym celu, wentylator jak zastrzeż ono w wynalazku obejmuje: cylindryczną obudowę , której wlot jest połączony z cylindrycznym współosiowym kanałem o mniejszej średnicy poprzez promieniowy występ, silnik elektryczny osadzony osiowo w obudowie o małej średnicy w stosunku do średnicy obudowy, koło składające się z łopatek umocowane na stałe na trzonie, przy czym każda łopatka jest ukształtowana tak, aby wszystkie przekroje jednej łopatki w rzutach równoległych do osi obudowy były równoległe do wspomnianej osi, przy czym maksymalna średnica łopatek jest zawarta pomiędzy średnicą obudowy i średnicą wlotu obudowy i zmniejsza się z góry do dołu, to znaczy od strony wlotu do drugiego końca i skrzydła powietrzne prowadzące, integralnie połączone z wewnętrzną powierzchnią obudowy, rozłożone w obszarze obudowy i obejmujące w każdym przypadku co najmniej jedną zakrzywioną część, która umieszczona w końcu wlotowym obudowy jest osadzona w pierścieniowej przestrzeni pomiędzy obudową i pozorną cylindryczną powierzchnią, która wydłuża wlot powietrza.

PL 204 058 B1

Ze względu na kształt łopatek koła wentylatora, łopatki te zapewniają tylko małą odporność na przepływ powietrza i wywołują tylko małe spadki ciśnienia kiedy silnik znajduje się w stanie zatrzymania. Odnośnie skrzydeł prowadzących, ich zakrzywiona część znajduje się w obszarze poza przepływem powietrza, ze względu na fakt, że powierzchnia wlotu obudowy jest mniejsza od powierzchni obudowy. Wentylator według wynalazku jest bardzo skuteczny kiedy silnik elektryczny napędza wirnik, ponieważ powietrze porywane przez wirnik uderza o skrzydła prowadzące, które udrażniają powietrze od góry do dołu. Skuteczność tego wentylatora jest bardzo dobra a jego zużycie niskie co pozwala na zasilanie silnika przy pomocy energii słonecznej.

Według jednego przykładu wykonania wentylatora, każda łopatka jest płaska i znajduje się w płaszczyźnie wzdłużnej obejmującej oś obudowy.

W możliwym przykładzie wykonania, każda łopatka ma krawędź wlotową prostopadłą do osi obudowy i która rozciąga się od punktu krawędzi wylotowej łopatki umieszczonego najdalej w kierunku do góry.

Krawędź wylotowa każdej łopatki znajduje się w maksymalnej odległości od osi obudowy na poziomie jej połączenia z krawędzią wlotu, a następnie biegnie wzdłuż krzywej, która w kierunku od góry do dołu stopniowo dochodzi do osi wspomnianej obudowy.

W takim przypadku, powierzchnia każdej łopatki zmniejsza się od góry do dołu.

W innym możliwym przykładzie wykonania, każ da łopatka ma krawędź wlotową prostopadłą do osi obudowy, która rozciąga się od punktu krawędzi wylotowej łopatki umieszczonego najdalej w kierunku do góry na części promienia obudowy, przy czym krawędź ta wydłużona jest poprzez krawędź skierowaną od góry do dołu i z zewnątrz do wewnątrz, ograniczając w ten sposób łopatkę do kształtu zasadniczo pół-księżyca.

Możliwe jest więc dysponowanie łopatką, której szerokość zwiększa się w kierunku do dołu.

Według innej cechy znamiennej wynalazku, górny koniec każdego skrzydła prowadzącego jest umieszczony w pobliżu przebiegu części górnych krawędzi wylotowych łopatek, przy czym każde skrzydło zawiera zakrzywioną część, to znaczy nie rozciągającą się osiowo względem obudowy i ma kąt natarcia o kierunku podobnym do kierunku strumienia powietrza wychodzącego z łopatek koła i umieszczone jest poza głównym strumieniem przepływu w warunkach ciągu naturalnego, kiedy wentylator jest w stanie zatrzymania, i rozciąga się na przykład na długości zasadniczo równej średnicy wlotu obudowy, przy czym każda zakrzywiona część jest wydłużona w kierunku do dołu poprzez płaską część równoległą do osi obudowy.

Należy więc zaznaczyć, że w warunkach naturalnego ciągu, przepływ powietrza, który na poziomie wlotu zajmuje przekrój tego wlotu rozszerza się tylko w małym stopniu w kierunku do dołu na odległość równą średnicy wlotu. W ten sposób przepływ powietrza nie jest praktycznie zakłócony przez zakrzywione części skrzydeł prowadzących. Poza tą odległością przepływ powietrza znajduje się w styku z częściami skrzydeł, które są równoległe do niego i które stawiają mu opór tylko w niewielkim stopniu. Na tym poziomie, skrzydła mogą poza tym mieć szerokość większą i przekroczyć od strony wewnętrznej wirtualny cylinder umieszczony na przedłużeniu wlotu obudowy.

W każdym razie wynalazek bę dzie wyraźniej zrozumiały z następującego opisu, który odnosi się do załączonych figur schematycznych przedstawiających, w sposób nie ograniczający, przykład wykonania wynalazku.

Fig. 1 przedstawia widok wyraźnie schematyczny budowli wyposażonej w kanał wentylacyjny zaopatrzony w wentylator, fig. 2 przedstawia widok perspektywiczny wentylatora, fig. 3 przedstawia widok w przekroju podłużnym, fig. 4 przedstawia widok w przekroju poprzecznym wzdłuż linii IV -IV z fig. 3.

Fig. 1 przedstawia budowlę, oznaczoną odnośnikiem ogólnym 2, zwierającą wiele nałożonych na siebie pomieszczeń 3, przy czym każde pomieszczenie ma co najmniej jeden otwór wylotowy 4 komunikujący się z kanałem wentylacyjnym pionowym 5 wychodzącym na poziomie dachu 11 budynku. Górna część kanału wentylacyjnego 5 jest połączona z cylindryczną obudową 6 o większej średnicy zewnętrznej, przy czym wewnętrzna część obudowy jest połączona z kanałem wentylacyjnym poprzez promieniowy występ 7. Tak więc, wlot 8 obudowy o przekroju odpowiadającym przekrojowi kanału wentylacyjnego jest mniejszy od przekroju obudowy 7. Silnik elektryczny 10 o przekroju znacznie mniejszym od przekroju obudowy jest umocowany na stałe za pomocą wielu promieniowych prętów 9 w obudowie 6, przy czym średnica korpusu silnika wynosi, na przykład pomiędzy 10% i 20% średnicy obudowy. Na trzonie 12 silnik, który jest ułożony po środku i współosiowo do obudowy 6 jest umocowane koło 13 zawierające wiele łopatek 14. Każda łopatka składa się z płaskiej płytki, której krawędź

PL 204 058 B1 wlotowa (15) jest prostopadła do osi obudowy i której krawędź wylotowa 16 stopniowo zbliża się do osi obudowy w kierunku do dołu. Należy zaznaczyć, że zewnętrzny koniec 17 krawędzi wlotowej 15 każdej łopatki 14 znajduje się przy występie promieniowym 7. Luz pomiędzy krawędzią 15 i występem 7 jest tak mały jak to jest możliwe. W odmianie wykonania, każda łopatka ma krawędź wlotową 15 z zewnętrzną częścią prostopadłą do osi obudowy, która przedłuża się przez inną część przechodzącą w kierunku do dołu, ? linia krzywa 18 przedstawiona na fig. 2 i 3, tworzy w ten sposób łopatkę o kształcie na ogół pół-księżyca, której szerokość może zwiększać się od góry do dołu.

Skrzydła prowadzące 19 strumienia powietrza są umocowane na ścianach obudowy 6 na przeciwko koła i w kierunku do dołu od koła. Każde skrzydło 10 zwiera pierwszą część 19a, rozciągającą się na odległość od wlotu 8 wyraźnie równego średnicy tego wlotu. Część 19a skrzydła, która jest zawarta w przestrzeni wyznaczonej przez cylindryczną obudowę 6 i pozorny cylinder przedłużający wlot 8 obudowy, jest zakrzywiona i ma kąt natarcia, którego kierunek jest podobny do kierunku strumieni powietrza wychodzących z łopatek koła. Część 19a przedłuża się w kierunku do dołu przez płaską część 19b równoległą do osi obudowy.

Urządzenie działa w sposób następujący:

W działaniu poprzez naturalny ciąg, przepływ powietrza do wlotu koła 13 w stanie zatrzymania jest równoległy do płaszczyzn łopatek 14 a droga koła, która nie powoduje zmiany kierunku przepływu, stanowią niewielki opór dla przepływu powietrza.

Należy również zwrócić uwagę, że ze względu na swoją inercję strumień powietrza, który zajmuje cały przekrój wlotowy wyraźnie zmniejsza się tylko w kierunku do dołu od części zakrzywionych skrzydeł prowadzących. Praktycznie nie ma styku pomiędzy przepływem powietrza a skrzydłami za wyjątkiem ich płaskich części równoległych do osi obudowy, które stawiają tylko niewielki opór przepływowi powietrza.

W przypadku działania wentylatora, należy zanotować, że na wlocie koła, prędkość Vs strumienia powietrza jest bliska wypadkowej prędkości wlotowej Ve i prędkości obrotowej koła Vr na poziomie jego punktu wylotowego.

Koło może wywierać ciśnienie dynamiczne na powietrze tego strumienia z energią kinetyczną równą 0.5 x ρ x Vr², gdzie ρ oznacza masę objętościową powietrza.

Im większa odległość od osi obudowy, tym większa prędkość Vr, tym bardziej zwiększa się ciśnienie dynamiczne wywierane na powietrze, tym bardziej kierunek prędkości powietrza odchyla się w kierunku ścian obudowy.

Skrzydła prowadzące wlotowe 19a tworzą kanały dla obwodowych najszybszych strumieni powietrza wychodzących z koła aby stopniowo przekształcić ich ruch obrotowy na przemieszczanie wzdłużne, które zwiększa użyteczną moc wyjściową i ciśnienie dostarczane przez wentylator. Strumienie prowadzące o największym ciśnieniu dynamicznym dzielą część swojej energii ze strumieniami wychodzącymi z części koła najbliższych jego osi i porywa je poprzez indukcję w celu zajęcia w sposób jednolity całą powierzchnię przejściową obudowy.

Należy zwrócić uwagę, że średnica koła 13 zmniejsza się w kierunku z góry do dołu aby ułatwić cyrkulację powietrza w żądanym kierunku. Część górna o większej średnicy, wywiera większe ciśnienie na powietrze niż jego dolna część. Takie ułożenie także umożliwia stopniowe zwiększenie przejścia wytyczonego pomiędzy kołem 13 i obudową 6 w celu dostosowania go do zwiększającej się ilości powietrza wychodzącego z koła kiedy odległość od jego wlotu 8 zwiększa się.

Droga przebyta przez koło 13 a w konsekwencji czas jego działania na powietrze zwiększają długość w miarę zbliżania się do osi. Prędkość wzbudzania powietrza jest więc bliska prędkości koła w czasie przybliżania się do osi. Rozwiązanie to osłabia różnice ciśnienia pomiędzy częściami obwodowymi i częściami centralnymi, które mogłyby wzbudzać szkodliwe (bierne) przepływy nawrotne.

Jak wynika z poprzedniego opisu, wynalazek w dużym stopniu ulepsza istniejący stan techniki dostarczając wentylator o prostej budowie, którego łopatki powodują tylko mały spadek ciśnienia a którego zakrzywione części skrzydeł prowadzących są poza strumieniem powietrza kiedy wentylator znajduje się w stanie nieruchomym. Jest więc możliwe uruchomienie wyciągu powietrza poprzez naturalny ciąg kiedy pozwalają na to warunki temperaturowe i ciągu. Kiedy warunki temperaturowe i ciąg nie stwarzają wystarczającego odpowietrzania, wentylator może zapewnić wyciąganie powietrza przy małym zużyciu energii elektrycznej, umożliwiając zasilanie silnika elektrycznego energią słoneczną.

PL 204 058 B1

Reasumując, wynalazek nie ogranicza się tylko do postaci wykonania wentylatora opisanego powyżej tytułem przykładu lecz obejmuje wszystkie warianty przykładów wykonania. Tak więc, nie wychodzą po zakres wynalazku, w szczególności byłoby możliwe aby łopatki miały różne kształty oraz w szczególnoś ci aby każ da ł opatka mog ł a nie być pł aska.

Claims (5)

1. Wentylator do odprowadzania powietrza przeznaczony do połączenia z kanałem wentylacyjnym do wyciągania powietrza z przynajmniej jednego pomieszczenia w celu dostarczenia odnowionego powietrza do pomieszczenia, znamienny tym, że zawiera: cylindryczną obudowę (6), której wlot (8) jest połączony z cylindrycznym współosiowym kanałem wentylacyjnym (5) o mniejszej średnicy poprzez promieniowy występ (7); silnik elektryczny osadzony osiowo w obudowie (6), i mający małą średnicę w stosunku do średnicy obudowy, koło (13) składające się z łopatek (14) umocowanych na stałe na wałku silnika, przy czym każda łopatka jest ukształtowana tak, aby wszystkie przekroje poprzeczne jednej łopatki w rzutach równoległych do osi obudowy były równoległe do wspomnianej osi, przy czym maksymalna średnica łopatek (14) znajduje się pomiędzy średnicą nasadki (6) i średnicą wlotu (8) obudowy i zmniejsza się w kierunku do dołu, to znaczy od jednego końca z wlotem do drugiego końca i skrzydła powietrzne prowadzące (19), integralnie połączone z wewnętrzną powierzchnią obudowy (6), rozłożone w obszarze obudowy i obejmujące w każdym przypadku co najmniej jedną krzywą część (19a), która umieszczona w końcu wlotowym obudowy jest osadzona w pierścieniowej przestrzeni pomiędzy obudową (6) i pozorną cylindryczną powierzchnią, która przedłuża wejście powietrzne (8).

2. Wentylator według zastrz. 1, znamienny tym, że każda łopatka (14) jest płaska i jest zawarta w płaszczyźnie wzdłużnej obejmującej oś obudowy.

3. Wentylator według zastrz. 2, znamienny tym, że każda łopatka (14) ma krawędź wlotową (15), która jest prostopadła do osi obudowy (6) i rozciąga się od punktu krawędzi wylotowej (16) łopatki umieszczonego najdalej w kierunku do góry do osi obudowy.

4. Wentylator według zastrz. 2, znamienny tym, że każda łopatka (14) ma krawędź wlotową (15) prostopadłą do osi obudowy, która rozciąga się od punktu krawędzi wylotowej (16) łopatki umieszczonego najdalej w kierunku do góry na części promienia obudowy, przy czym krawędź ta wydłużona jest poprzez krawędź (18) skierowaną od góry do dołu i z zewnątrz do wewnątrz, ograniczając w ten sposób łopatkę do kształtu zasadniczo pół-księżyca.

5. Wentylator według jednego z zastrz. od 1 do 4, znamienny tym, że górny koniec każdego skrzydła prowadzącego (19) jest umieszczony w pobliżu przebiegu części górnych krawędzi wylotowych łopatek, przy czym każde skrzydło zawiera wykrzywioną część (19a), to znaczy nie rozciąga się osiowo względem obudowy i ma kąt natarcia o kierunku podobnym do kierunku strumienia powietrza wychodzącego z łopatek koła i umieszczone jest poza głównym strumieniem przepływu w warunkach naturalnego ciągu, kiedy wentylator jest w stanie zatrzymania, i rozciąga się na przykład na długości zasadniczo równej średnicy wlotu obudowy, przy czym każda zakrzywiona część jest wydłużona w kierunku do dołu poprzez płaską część (19b) równoległą do osi obudowy.