DE112020007795T5

DE112020007795T5 - Turbo-ventilator und klimaanlage

Info

Publication number: DE112020007795T5
Application number: DE112020007795.0T
Authority: DE
Inventors: Ryutaro Asano; Tomoya Fukui; Kazuki ISOMURA; Makoto Kurihara
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-11-25
Filing date: 2020-11-25
Publication date: 2023-09-28
Also published as: AU2020478845A1; AU2020478845B2; CN116507808A; JP7003337B1; US20230332615A1; WO2022113217A1; JPWO2022113217A1; GB202306240D0; GB2615910A

Abstract

Turbo-Ventilator mit zurückgebogenen Schaufeln. Der Turbo-Ventilator weist Folgendes auf: eine Hauptplatte, an der eine Nabe angeordnet ist, mit der eine rotierende Welle verbunden ist, eine Abdeckung, die so angeordnet ist, dass sie der Hauptplatte gegenüberliegt, und eine Mehrzahl von Schaufeln, die zwischen der Hauptplatte und der Abdeckung angeordnet sind, wobei jede von der Mehrzahl von Schaufeln eine Vorderkante und eine Hinterkante aufweist, wobei die Hinterkante weiter von der rotierenden Welle entfernt angeordnet ist als die Vorderkante, wobei die Vorderkante in einer Drehrichtung weiter vorn angeordnet ist als die Hinterkante, wobei, wenn ein Verbindungspunkt der Vorderkante mit der Hauptplatte als ein erster Punkt bezeichnet wird und ein Schnittpunkt der Vorderkante mit einer imaginären Ebene, die durch den äußersten Umfang der Abdeckung verläuft und senkrecht zu der rotierenden Welle ist, als ein zweiter Punkt bezeichnet wird, eine erste Kurve, die durch Projizieren der Vorderkante auf eine Ebene senkrecht zu der rotierenden Welle gebildet wird, einen ersten Wendepunkt relativ zu einem Koordinatensystem aufweist, in dem eine imaginäre gerade Linie, die durch den ersten Punkt und den zweiten Punkt verläuft, eine Abszisse ist und die Seite der Drehrichtung in einer Draufsicht, gesehen in einer axialen Richtung der rotierenden Welle, positiv ist, die erste Kurve einen Bereich hat, der an einem Punkt, der näher am ersten Wendepunkt liegt als der erste Punkt, in einer Gegendrehrichtung konvex ist, und einen Bereich, der an einem Punkt, der näher am zweiten Punkt liegt als der erste Wendepunkt, in der Drehrichtung konvex ist, wobei der erste Punkt in der Drehrichtung vor dem zweiten Punkt liegt, wobei eine zweite Kurve, die durch Projizieren der Hinterkante auf eine Ebene senkrecht zur rotierenden Welle gebildet wird, einem Bogen folgt, der in einer Draufsicht in einer axialen Richtung der rotierenden Welle gesehen auf der rotierenden Welle zentriert ist, wobei eine dritte Kurve, die durch Projizieren der Hinterkante auf eine mit der rotierenden Welle koaxiale zylindrische Ebene gebildet wird, so geformt ist, dass sie in der Drehrichtung konvex ist, und ein Verbindungspunkt der dritten Kurve und der Abdeckung in der Drehrichtung hinter einem Verbindungspunkt der dritten Kurve und der Hauptplatte angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Turbo-Ventilator mit zurückgebogenen Schaufeln und auf eine Klimaanlage.
Stand der Technik
Ein Turbo-Ventilator hat eine Konfiguration, bei der ein in axialer Richtung angesaugter Luftstrom durch Zentrifugalkraft in eine radiale Richtung umgelenkt und dann ausgeblasen wird. Deshalb strömt der angesaugte Luftstrom aufgrund der Trägheit ungleichmäßig in Richtung einer Hauptplattenseite, und daher kann eine Schaufel nicht ausreichend für den Luftstrom auf einer Abdeckungsseite wirken. Kommt es zu einer Ablösung des Luftstroms auf der Abdeckungsseite, erhöht sich der Druckwiderstand, was zu einem geringeren Wirkungsgrad des Ventilators führt.
Da ein ausgeblasener Luftstrom zudem eine hohe Geschwindigkeit hat, kollidiert er mit Wärmetauschern und anderen Strukturen, die außerhalb des Turbo-Ventilators angeordnet sind, was den Druckverlust erhöht oder das Lärmproblem verschärft. Das oben beschriebene Problem tritt besonders dann auf, wenn die spezifische Drehzahl in einer Klimaanlage relativ hoch ist. Unter einer spezifischen Drehzahl versteht man die Drehzahl, die zur Erzeugung eines Luftstroms pro Zeiteinheit erforderlich ist.
In der Patentliteratur 1 sind eine Vorderkante und eine Hinterkante einer Schaufel in der Luftströmungsrichtung konkav ausgebildet, oder die Schaufel ist gekrümmt, um dadurch die auf die Schaufel wirkende Belastung zu verringern und das Auftreten einer Ablösung zu unterdrücken, so dass eine Verringerung des Geräusches und eine Erhöhung des Wirkungsgrades erreicht wird.
Literaturliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Japanisches Patent JP 6 642 913 B2
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Eine in der Patentliteratur 1 offenbarte Schaufel hat eine Form, bei der die Hinterkante der Schaufel in Richtung des Luftstroms, d. h. entlang der Wölbungslinie, die die Mittellinie in der Dickenrichtung der Schaufel ist, konkav ist. Dies führt zu einer Verringerung des Nettodurchmessers der Schaufel und zu einer Verschlechterung der Luftförderleistung, wie z. B. einem Anstieg des Drucks oder einer Abnahme des Luftvolumens.
Es ist auch eine Technologie bekannt, die die Luftfördereigenschaften und die Geräuscheigenschaften verbessert, während die Gesamtgröße eines Ventilators beibehalten wird, indem der Oberflächenbereich einer Schaufel vergrößert wird durch konkav-konvexes Biegen der Schaufel in Richtung der rotierenden Welle. Bei dieser Technologie neigt der in die Schaufel einströmende Luftstrom jedoch dazu, ungleichmäßig in Richtung der rotierenden Welle zu verlaufen, und weist eine Dreidimensionalität auf. Infolgedessen strömt der Luftstrom nicht entlang eines Querschnitts der Schaufel, was zu einer Ablösung in einer Unterdruckfläche auf der Abdeckungsseite, einer ungleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilung an einem Schaufelauslass oder anderen Problemen führen kann.
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die oben erwähnten Probleme zu lösen, und ihre Aufgabe ist es, einen Turbo-Ventilator und eine Klimaanlage anzugeben, die eine Verschlechterung der Luftförderleistung und eine ungleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung unterdrücken.
Lösung des Problems
Der Turbo-Ventilator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Turbo-Ventilator, welcher Folgendes aufweist: eine Hauptplatte, an der eine Nabe angeordnet ist, mit der eine rotierende Welle verbunden ist, eine Abdeckung, die so angeordnet ist, dass sie der Hauptplatte gegenüberliegt, und eine Mehrzahl von Schaufeln, die zwischen der Hauptplatte und der Abdeckung angeordnet sind, wobei jede von der Mehrzahl von Schaufeln eine Vorderkante und eine Hinterkante aufweist, wobei die Hinterkante weiter von der rotierenden Welle entfernt angeordnet ist als die Vorderkante, wobei die Vorderkante in einer Drehrichtung weiter vorn angeordnet ist als die Hinterkante, wobei, wenn ein Verbindungspunkt der Vorderkante mit der Hauptplatte als ein erster Punkt bezeichnet wird und ein Schnittpunkt der Vorderkante mit einer imaginären Ebene, die durch den äußersten Umfang der Abdeckung verläuft und senkrecht zu der rotierenden Welle ist, als ein zweiter Punkt bezeichnet wird, eine erste Kurve, die durch Projizieren der Vorderkante auf eine Ebene senkrecht zu der rotierenden Welle gebildet wird, einen ersten Wendepunkt relativ zu einem Koordinatensystem aufweist, in dem eine imaginäre gerade Linie, die durch den ersten Punkt und den zweiten Punkt verläuft, eine Abszisse ist und die Seite der Drehrichtung in einer Draufsicht, gesehen in einer axialen Richtung der rotierenden Welle, positiv ist, die erste Kurve einen Bereich hat, der an einem Punkt, der näher am ersten Wendepunkt liegt als der erste Punkt in einer Gegendrehrichtung, konvex ist, und einen Bereich, der an einem Punkt, der näher am zweiten Punkt liegt als der erste Wendepunkt in der Drehrichtung, konvex ist,
wobei der erste Punkt in der Drehrichtung vor dem zweiten Punkt liegt, wobei eine zweite Kurve, die durch Projizieren der Hinterkante auf eine Ebene senkrecht zur rotierenden Welle gebildet wird, einem Bogen folgt, der in einer Draufsicht in einer axialen Richtung der rotierenden Welle gesehen auf der rotierenden Welle zentriert ist, wobei eine dritte Kurve, die durch Projizieren der Hinterkante auf eine mit der rotierenden Welle koaxiale zylindrische Ebene gebildet wird, so geformt ist, dass sie in der Drehrichtung konvex ist, und ein Verbindungspunkt der dritten Kurve und der Abdeckung in der Drehrichtung hinter einem Verbindungspunkt der dritten Kurve und der Hauptplatte angeordnet ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß dem Turbo-Ventilator einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Bereich, in dem der Abstand zwischen der Vorderkante der Schaufel und der rotierenden Welle verringert ist, vergrößert, und die Vorderkante auf der Hauptplattenseite befindet sich in der Drehrichtung vor der Vorderkante auf der Abdeckungsseite, was eine Verringerung der Luftstromsaugleistung verhindert und somit die Luftförderleistung verbessert. Da außerdem die Hinterkante der Schaufel in Drehrichtung konvex ist und die Hinterkante auf der Abdeckungsseite in Drehrichtung hinter einer Hinterkante auf der Hauptplattenseite angeordnet ist, hilft dies eine ungleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung am Schaufelauslass zu unterdrücken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Turbo-Ventilators gemäß Ausführungsform 1.
2 ist eine perspektivische Ansicht wesentlicher Teile einer Hauptplatte und einer Schaufel des Turbo-Ventilators gemäß Ausführungsform 1.
3 ist eine perspektivische Ansicht wesentlicher Teile der Hauptplatte und der Schaufel des Turbo-Ventilators gemäß Ausführungsform 1, in einer anderen Richtung als in 2 gesehen.
4 ist eine Draufsicht auf die Schaufel des Turbo-Ventilators gemäß Ausführungsform 1, gesehen in axialer Richtung einer rotierenden Welle.
5 ist eine vergrößerte Ansicht der in 4 dargestellten wesentlichen Teile.
6 ist eine schematische Ansicht der Hinterkantenlinie der Schaufel des Turbo-Ventilators gemäß Ausführungsform 1, in der die Hinterkantenlinie auf eine imaginäre zylindrische Ebene projiziert ist, die auf der rotierenden Welle zentriert ist.
7 ist eine Draufsicht auf eine Schaufel eines Turbo-Ventilators gemäß Ausführungsform 2, gesehen in axialer Richtung der rotierenden Welle.
8 ist eine Draufsicht auf eine Schaufel eines Turbo-Ventilators gemäß Ausführungsform 3, in axialer Richtung einer rotierenden Welle gesehen.
9 ist eine Meridionalansicht wesentlicher Teile der Schaufel des Turbo-Ventilators gemäß Ausführungsform 3.
10 ist eine Draufsicht auf eine Schaufel eines Turbo-Ventilators gemäß Ausführungsform 4, in axialer Richtung einer rotierenden Welle gesehen.
11 ist ein Diagramm, das eine Relation zwischen einer Höhe einer Vorderkante und einem Einlasswinkel einer Schaufel eines Turbo-Ventilators gemäß Ausführungsform 5 zeigt.
12 ist eine schematische Ansicht, die das Innere einer Klimaanlage gemäß Ausführungsform 6 zeigt.
13 ist ein Diagramm, das eine Relation zwischen einem Luftvolumen und einer Anzahl von Umdrehungen bei Turbo-Ventilatoren der Beispiele und Vergleichsbeispiele zeigt.
14 ist ein Diagramm, das eine Relation zwischen einem Luftvolumen und einer Leistungsaufnahme bei den Turbo-Ventilatoren von Beispielen und Vergleichsbeispielen zeigt.
15 ist ein Diagramm, das eine Relation zwischen einem Luftvolumen und einem Geräuschpegel bei den Turbo-Ventilatoren von Beispielen und Vergleichsbeispielen zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend wird ein Turbo-Ventilator gemäß den Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Zeichnungen können die relativen Größenverhältnisse und die Form oder ähnliches der einzelnen Komponenten von den tatsächlichen abweichen. In den folgenden Zeichnungen sind Komponenten oder Teile mit gleichen Bezugszeichen gleich oder äquivalent, und dies gilt auch für den vollständigen Text der Beschreibung. Um das Verständnis zu erleichtern, werden in der folgenden Beschreibung außerdem Richtungsbegriffe wie „oben“, „unten“, „rechts“, „links“, „vorn“ oder „hinten“ verwendet. Diese Richtungsbegriffe dienen jedoch nur der Beschreibung und sollen nicht die Platzierung oder Ausrichtung von Geräten oder Komponenten einschränken.
Ausführungsform 1
Konfiguration des Turbo-Ventilators 100
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Turbo-Ventilators 100 gemäß Ausführungsform 1. Der Turbo-Ventilator 100 hat eine Hauptplatte 2 mit einer Nabe 1, eine Abdeckung 3 mit ringförmiger Gestalt, die so angeordnet ist, dass sie der Hauptplatte 2 zugewandt ist, und eine Mehrzahl von Schaufeln 4, die zwischen der Hauptplatte 2 und der Abdeckung 3 angeordnet sind. Die Nabe 1 befindet sich in der Mitte der Hauptplatte 2, und die rotierende Welle RS ist mit der Nabe 1 verbunden.
In 1 ist eine XY-Ebene eine Ebene, die senkrecht zur rotierenden Welle RS und senkrecht zur Z-Richtung verläuft. Die Abdeckung 3 ist in Z-Richtung so angeordnet, dass sie von der Hauptplatte 2 beabstandet ist.
Der Turbo-Ventilator 100 wird von einem nicht dargestellten Motor in der Drehrichtung RD um die rotierende Welle RS angetrieben. Der Turbo-Ventilator 100 saugt, wenn er zur Drehung angetrieben wird, einen Luftstrom A1 in axialer Richtung der rotierenden Welle RS an und bläst den angesaugten Luftstrom A1 durch eine durch die Drehung erzeugte Zentrifugalkraft in radialer Richtung nach außen aus.
Die Nabe 1 hat eine kreisförmige Form, wenn sie entlang der rotierenden Welle RS projiziert wird. Mit anderen Worten, die Nabe 1 ist kreisförmig, wenn man sie in der axialen Richtung der rotierenden Welle RS betrachtet. Die Nabe 1 hat eine konische, trapezförmige Form, die sich von der Seite der Hauptplatte 2 zur Seite der Abdeckung 3 hin wie ein Berg erhebt. Eine Welle 201a eines Motors 201 ist mit der Nabe 1 verbunden, wie in 12 unten gezeigt. Die Form der Nabe 1 ist nicht auf die obige Form beschränkt, und die Nabe 1 kann eine beliebige andere Form haben. Um den Motor 201 zu kühlen, kann die Nabe 1 mit Löchern versehen sein, durch die Luft strömen kann.
Die Hauptplatte 2 weist die Nabe 1 auf. Die Hauptplatte 2 dreht sich mit der Nabe 1, angetrieben durch einen Motor. Die Mehrzahl von Schaufeln 4 ist mit der Hauptplatte 2 verbunden. Die Hauptplatte 2 ist scheibenförmig ausgebildet. Die Form der Hauptplatte 2 ist jedoch nicht auf eine scheibenförmige Form beschränkt. Die Hauptplatte 2 kann z. B. bergförmig um die Nabe 1 herum geformt sein. Die Form einer Außenkante der Hauptplatte 2 ist nicht auf eine kreisförmige Form mit festem Außendurchmesser beschränkt, sondern kann auch eine polygonale Form mit variierendem Außendurchmesser oder eine andere Form haben.
Die Abdeckung 3 bildet eine Luftleitwand, um Luft zu einer Lufteinlassseite des Turbo-Ventilators 100 zu leiten. Durch das Vorhandensein einer Mehrzahl von Schaufeln 4 wird der Abstand zwischen der Hauptplatte 2 und der Abdeckung 3 konstant gehalten. Die Abdeckung 3 hat eine trompetenartige Form, bei der sich der Durchmesser ändert, um sich auszudehnen. Die Abdeckung 3 ist so geformt, dass der Durchmesser einer Öffnung der Abdeckung von einem Lufteinlass zu einem Luftauslass des Turbo-Ventilators 100 zunimmt. Die Abdeckung 3 hat eine bergartige Form, die von einem äußeren Teil in radialer Richtung zur Mitte hin ansteigt.
Die Mehrzahl von Schaufeln 4 ist zwischen der Hauptplatte 2 und der Abdeckung 3 angeordnet und mit der Hauptplatte 2 und der Abdeckung 3 verbunden. Die Mehrzahl von Schaufeln 4 dreht sich zusammen mit der Hauptplatte 2, um Luft im Inneren des Turbo-Ventilators 100 zu einer äußeren Umfangsseite zu leiten. Die Mehrzahl von Schaufeln 4 hat jeweils eine Vorderkante 41 und eine Hinterkante 42, die weiter von der rotierenden Welle RS entfernt ist als die Vorderkante 41. Die Vorderkante 41 von jeder der Mehrzahl von Schaufeln 4 befindet sich in der Drehrichtung RD vor der Hinterkante 42. Das heißt, dass die Mehrzahl von Schaufeln 4 zurückgebogene Schaufeln sind. Die Mehrzahl von Schaufeln 4 ist in vorgegebenen Abständen um einen auf der rotierenden Welle RS zentrierten Umfang angeordnet. Die Mehrzahl von Schaufeln 4 kann in gleichen Abständen oder in unterschiedlichen Abständen angeordnet sein.
Da die Mehrzahl von Schaufeln 4 die gleichen Eigenschaften hat, wird eine von der Mehrzahl von Schaufeln 4 beschrieben. Die Schaufel 4 hat eine äußere Oberfläche 4a und eine innere Oberfläche 4b, die eine Rückfläche der äußeren Oberfläche 4a ist. Die innere Oberfläche 4b befindet sich näher an der rotierenden Welle RS als die äußere Oberfläche 4a. Die äußere Oberfläche 4a ist eine Überdruckfläche, die einen höheren Druck als den Luftdruck aufnimmt, und die innere Oberfläche 4b ist eine Unterdruckfläche, die einen niedrigeren Druck als den Luftdruck aufnimmt. Die Schaufel 4 hat eine Form, bei der ihre Dicke entlang einer Wölbungslinie allmählich abnimmt, und zwar von einer Position, an der sie eine maximale Dicke auf der Wölbungslinie hat, entweder zur Seite der Vorderkante oder zur Seite der Hinterkante hin. Die Wölbungslinie ist eine Mittellinie in der Dickenrichtung der Schaufel 4.
Mit anderen Worten, die Schaufel 4 hat eine allgemeine Tragflächenform im Querschnitt in einer Ebene senkrecht zur rotierenden Welle RS, d. h. in einer Ebene parallel zur XY-Ebene. Die Änderung der Dicke entlang der Wölbungslinie der Schaufel 4 ist nicht monoton, sondern es kann Bereiche geben, in denen die Änderung der Dicke in der Mitte der Wölbungslinie variiert.
Konfiguration der Schaufel 4
2 ist eine perspektivische Ansicht von wesentlichen Teilen der Hauptplatte 2 und der Schaufel 4 des Turbo-Ventilators 100 gemäß Ausführungsform 1. 3 ist eine perspektivische Ansicht wesentlicher Teile der Hauptplatte 2 und der Schaufel 4 des Turbo-Ventilators 100 gemäß Ausführungsform 1 in einer anderen Richtung als in 2 gesehen. In den 2 und 3 ist jeweils ein Zustand dargestellt, in dem die Abdeckung 3 entfernt ist. 4 ist eine Draufsicht auf die Schaufel 4 des Turbo-Ventilators 100 gemäß Ausführungsform 1, gesehen in axialer Richtung einer rotierenden Welle RS. In 4 zeigt der Pfeil A die Betrachtungsrichtung der wesentlichen Teile der Hauptplatte 2 und der Schaufel 4 des Turbo-Ventilators 100 in 2, und der Pfeil B zeigt die Betrachtungsrichtung der wesentlichen Teile der Hauptplatte 2 und der Schaufel 4 des Turbo-Ventilators 100 in 3.
Wie in den 2 bis 4 dargestellt, ist die Schaufel 4 beispielsweise so geformt, dass die Wölbungslinie, die die Mittellinie in Dickenrichtung der Ebene senkrecht zur rotierenden Welle RS ist, in Drehrichtung RD konvex ist. Die Form des Querschnitts, der eine Ebene senkrecht zur rotierenden Welle RS der Schaufel 4 und parallel zur XY-Ebene ist, ist eine allgemeine Tragflächenform.
Die Mittellinie in Dickenrichtung der Schaufel 4 in einem Querschnitt, in dem die Schaufel 4 die Hauptplatte 2 berührt, ist als Wölbungslinie LC1 definiert. Die Vorderkante 41 der Wölbungslinie LC1 in einem Querschnitt, der tangential zur Hauptplatte 2 verläuft, ist als Punkt P11 definiert. Mit anderen Worten, der Punkt P 11 ist der Punkt, an dem die Vorderkante 41 und die Hauptplatte 2 miteinander in Kontakt stehen, und ist ein Beispiel für den ersten Punkt. Die Hinterkante 42 der Wölbungslinie LC1 im Querschnitt tangential zur Hauptplatte 2 ist als Punkt P21 definiert.
Eine Mittellinie in Dickenrichtung der Schaufel 4 in einem Querschnitt der Ebene senkrecht zur rotierenden Welle RS an einer Position, die der Höhe des äußersten Umfangsteils der Abdeckung 3 entspricht, wenn die Abdeckung 3 an der Schaufel 4 befestigt ist, wird als Wölbungslinie LC2 definiert. Die Vorderkante 41 der Wölbungslinie LC2 an der Höhenposition des äußersten Umfangsteils der Abdeckung 3 ist als Punkt P12 definiert. Das heißt, der Punkt P12 ist ein Schnittpunkt der Vorderkante 41 mit der Ebene senkrecht zur rotierenden Welle RS, die durch den äußersten Umfang der Abdeckung 3 verläuft, und ist ein Beispiel für einen zweiten Punkt. Die Hinterkante 42 der Wölbungslinie LC2 an der Höhenposition des äußersten Umfangsteils der Abdeckung 3 ist als Punkt P22 definiert.
Unter den Berührungspunkten zwischen der Schaufel 4 und der Abdeckung 3 wird der Punkt, der am weitesten von der Hauptplatte 2 entfernt ist, als Punkt P12a definiert. Eine Bahnkurve, die von der Vorderkante 41 von Punkt P11 zu Punkt P12a gebildet wird, wird als Vorderkantenlinie L1 definiert. Eine Bahnkurve, die von der Hinterkante 42 von Punkt P21 zu Punkt P22 gebildet wird, wird als Hinterkantenlinie L2 bezeichnet.
Konfiguration der Vorderkante 41
5 ist eine vergrößerte Ansicht der in 4 dargestellten wesentlichen Teile. In 5 wird ein Koordinatensystem betrachtet, in dem eine erste gerade Linie L11, die durch die Punkte P11 und P12 verläuft, die Abszisse ist, und eine Fläche senkrecht zur ersten geraden Linie L11, die sich auf der Seite der Rotationsrichtung RD der Schaufel 4, d.h. auf der Seite der Druckfläche, befindet, positiv ist. Eine Linie, die durch Projektion der Vorderkantenlinie L1 auf die Ebene senkrecht zur rotierende Welle RS gebildet wird, ist als erste Kurve L21 definiert.
Die Vorderkante 41 der Schaufel 4 ist so geformt, dass die erste Kurve L21 in dem Koordinatensystem, in dem die erste gerade Linie L11 als Abszisse dient, von oben in axialer Richtung der rotierenden Welle RS gesehen, einen ersten Wendepunkt P13 hat. Die erste Kurve L21 ist, von der Oberseite der Vorderkante 41 der Schaufel 4 aus gesehen, eine S-förmige Kurve mit einem konvexen Teil in der Gegendrehrichtung zwischen Punkt P11 und dem ersten Wendepunkt P13 und einem konvexen Teil in der Drehrichtung RD zwischen dem Punkt P12 und dem ersten Wendepunkt P13.
Hier wird ein Polarkoordinatensystem mit dem Abstand R und dem Winkel θ, wie in 4 gezeigt, betrachtet. In diesem Polarkoordinatensystem ist die Koordinatenkomponente des Punktes P11 gleich P11 (R11, θ11) und die Koordinatenkomponente des Punktes P12 ist gleich P12 (R12, θ12). Der Abstand R ist der Abstand zwischen der rotierenden Welle RS und einem beliebigen Punkt. Der Winkel θ ist ein Winkel, wenn die Gegendrehrichtung positiv ist relativ zu einer beliebigen imaginären Linie, die durch die rotierende Welle RS verläuft.
In diesem Polarkoordinatensystem ist die erste Kurve L21 eine Kurve, die R11 < R12 und θ11 < θ12 erfüllt. Mit anderen Worten, in der Vorderkantenlinie L1 befindet sich der Punkt P11 auf der Seite der Hauptplatte 2 auf der Innenseite der radialen Richtung, die einen geringeren Abstand von der rotierenden Welle RS hat als der Punkt P12a auf der Seite der Abdeckung 3. In der Vorderkantenlinie L1 befindet sich der Punkt P11 auf der Seite der Hauptplatte 2 in der Drehrichtung RD vor dem Punkt P12a auf der Seite der Abdeckung 3.
Aufgrund einer S-Form mit einem konvexen Teil in der Gegendrehrichtung auf der Seite der Hauptplatte 2 der Vorderkantenlinie L1 ist ein Bereich, in dem der Abstand von der rotierenden Welle RS zur Vorderkante 41 kürzer ist als der Abstand zwischen der rotierenden Welle RS und der ersten geraden Linie L11, auf der Seite der Hauptplatte 2 vergrößert. Daher wird der Luftstrom, der sich aufgrund der Trägheit auf der Seite der Hauptplatte 2 konzentriert, effektiv in den Turbo-Ventilator 100 gesaugt.
Die Vorderkante 41 auf der Seite der Hauptplatte 2 befindet sich in der Drehrichtung RD vorn, so dass der Luftstrom auf der Seite der Hauptplatte 2 nicht durch die Schaufel 4 auf der Seite der Abdeckung 3 gestört wird und der Luftstrom effektiv von der Schaufel 4 auf der Seite der Hauptplatte 2 angesaugt wird.
Konfiguration der Hinterkante 42
Die Hinterkante 42 der Schaufel 4 ist so geformt, dass die Hinterkantenlinie L2 vom Punkt P21 auf der Seite der Hauptplatte 2 zum Punkt P23 verläuft, der in der Drehrichtung RD vor dem Punkt P21 auf der Seite der Hauptplatte 2 liegt, und sich vom Punkt P23 in der Drehrichtung RD zurückbewegt, um den Punkt P22 auf der Seite der Abdeckung 3 zu erreichen. Der Punkt P23 ist ein Punkt der Hinterkantenlinie L2, der in Drehrichtung RD am weitesten vom liegt.
Die Hinterkantenlinie L2 zieht eine zweite Kurve L22, wenn sie auf eine Ebene projiziert wird, die senkrecht zur rotierenden Welle RS steht, wie in 4 gezeigt. Die zweite Kurve L22 folgt einer Bahnkurve entlang eines Bogens, der auf der rotierenden Welle RS zentriert ist, in einer Draufsicht in axialer Richtung der rotierenden Welle RS gesehen.
6 ist eine schematische Ansicht der Hinterkantenlinie L2 der Schaufel 4 des Turbo-Ventilators 100 gemäß Ausführungsform 1, in der die Hinterkantenlinie L2 auf eine imaginäre zylindrische Ebene C projiziert ist, die auf der rotierenden Welle RS zentriert ist. Wie in 6 gezeigt, zeichnet die Hinterkantenlinie L2 der Schaufel 4, wenn sie auf die imaginäre zylindrische Ebene C projiziert wird, die auf der rotierenden Welle RS zentriert ist, eine dritte Kurve L23. In der imaginären zylindrischen Ebene C, die auf der rotierenden Welle RS zentriert ist, folgt die dritte Kurve L23 einer Bahnkurve von P21, dem Verbindungspunkt mit der Hauptplatte 2, zu P22, dem Verbindungspunkt mit der Abdeckung 3, während sie eine konvexe U-Form in Richtung der Vorderseite der Rotationsrichtung RD zeichnet.
Wie oben beschrieben, wird ein Polarkoordinatensystem betrachtet, das in einer Ebene senkrecht zur rotierenden Welle RS den Abstand R von der rotierenden Welle RS und den Winkel θ verwendet, wobei eine beliebige imaginäre Kurve, die durch die rotierende Welle RS verläuft, die Referenz ist und die Gegendrehrichtung positiv ist. In der Hinterkantenlinie L2 befindet sich der Punkt P21 auf der Seite der Hauptplatte 2 in der Drehrichtung RD vor dem Punkt P22 auf der Seite der Abdeckung 3.
Mit anderen Worten, in der Drehrichtung RD befindet sich der Punkt P21, der der Verbindungspunkt der dritten Kurve L23 und der Hauptplatte 2 ist, vor dem Punkt P22, der der Verbindungspunkt der dritten Kurve L23 und der Abdeckung 3 ist. Im Polarkoordinatensystem ist die zweite Kurve L22 eine Kurve, die θ21 < θ22 erfüllt, wenn die Koordinatenkomponenten der Punkte P21 und P22 P21 (R21, θ21) bzw. (R22, θ22) sind.
Da die Hinterkantenlinie L2 die oben erwähnte Konfiguration aufweist, wird der auf der Seite der Hauptplatte 2 konzentrierte Luftstrom von der Seite der Hauptplatte 2 auf die Seite der Abdeckung 3 verteilt, während er sich entlang der rotierenden Schaufel 4 in Richtung der Luftauslassseite bewegt, so dass die Luftgeschwindigkeitsverteilung des Luftstroms auf der äußeren Oberfläche 4a der Schaufel 4 ausgeglichen wird.
Es reicht aus, wenn die zweite Kurve L22 einem Bogen folgt, der auf der rotierenden Welle RS zentriert ist. Beispielsweise kann an der Hinterkante 42 der Schaufel 4 eine feine, sägezahnartige Einkerbung ausgebildet sein. Selbst wenn die Position in radialer Richtung der Hinterkante 42, d. h. die zweite Kurve L22, kein perfekter Bogen ist, der auf der rotierenden Welle RS zentriert ist, wirkt sich dies nicht nachteilig auf die durch die zweite Kurve L22 erzielten Wirkungen aus. Wenn die zweite Kurve L22 nicht übermäßig von dem auf der rotierenden Welle RS zentrierten Bogen abweicht, schwankt der Außendurchmesser der Schaufels 4 nicht und somit kann die Luftförderleistung aufrechterhalten werden.
Die Änderung der Position der Hinterkante 42 in der Drehrichtung RD von Punkt P21 zu Punkt P23 oder von Punkt P23 zu Punkt P22 ist nicht unbedingt monoton. Wenn die Lagebeziehung der Punkte P21, P22 und P23 innerhalb des Bereichs liegt, der die vorgenannte Lagebeziehung erfüllt, kann es in einem Teil der Hinterkante 42 Bereiche geben, in denen die Richtung der Änderung umgekehrt ist.
Daher ist bei der Ausführungsform 1 die Vorderkante 41 der Schaufel 4 so geformt, dass die Vorderkantenlinie L1 eine S-Form mit einem konvexen Teil in der Gegendrehrichtung auf der Seite der Hauptplatte 2 in einer Draufsicht, gesehen in der axialen Richtung der rotierenden Welle RS, zeichnet, so dass die Luftfördereigenschaften des Turbo-Ventilators 100 verbessert werden.
Die Vorderkante 41 auf der Seite der Hauptplatte 2 ist so geformt, dass sie sich in der Drehrichtung RD vor der Vorderkante 41 auf der Seite der Abdeckung 3 befindet. Dadurch kann der Luftstrom effektiv von der Schaufel 4 auf der Seite der Hauptplatte 2 angesaugt werden, ohne von der Schaufel 4 auf der Seite de Abdeckung 3 gestört zu werden.
Darüber hinaus wird aufgrund der Form der Hinterkantenlinie L2 der effizient angesaugte Luftstrom von der Seite der Hauptplatte 2 auf die Seite der Abdeckung 3 verteilt, während er sich entlang der Schaufel 4 in Richtung der Luftauslassseite bewegt, was zu einer gleichmäßigeren Verteilung der Luftgeschwindigkeit führt. Dadurch kann die Luft ohne Ablösung einer Unterdruckfläche auf der Seite der Abdeckung 3 oder einer unausgewogenen Geschwindigkeitsverteilung am Auslass der Schaufel 4 strömen, so dass nachteilige Auswirkungen auf den Wirkungsgrad und Geräusche des Ventilators vermieden werden.
Wenn beispielsweise die Vorderkantenlinie L1 der Schaufel 4 keine S-Form mit einem konvexen Teil in der Gegendrehrichtung auf der Seite der Hauptplatte 2 hat, ist auf der Seite der Hauptplatte 2, auf der sich der Luftstrom konzentriert, der Bereich, in dem sich die Vorderkante 41 auf der Seite des Innendurchmessers relativ zur rotierenden Welle RS befindet, stärker eingeschränkt als andere Bereiche. Der Fall, in dem die Vorderkantenlinie L1 keine S-Form mit einem konvexen Teil in der Gegendrehrichtung auf der Seite der Hauptplatte 2 hat, ist zum Beispiel ein Fall, in dem die Bahnkurve der Vorderkante 41 der Schaufel 4 in der Draufsicht linear ist, oder ein Fall, in dem sie eine S-Form mit einem konvexen Teil in der Drehrichtung RD auf der Seite der Hauptplatte 2 hat und in der Gegendrehrichtung auf der Seite der Abdeckung 3 konvex ist.
Wenn auf der Seite der Hauptplatte 2 der Bereich, in dem sich die Vorderkante 41 auf der Seite des Innendurchmessers der Hauptplatte 2 befindet, im Vergleich zu anderen Bereichen eingeschränkt ist, ist auch die Menge der angesaugten Luft auf der Seite der Hauptplatte 2 eingeschränkt. Wenn die Position der Vorderkante 41 in der Drehrichtung RD auf der Seite der Hauptplatte 2 und auf der Seite der Abdeckung 3 gleich ist, wird der Luftstrom durch die Schaufel 4 auf der Seite der Abdeckung 3 gestört, und der Luftstrom kann nicht effektiv auf die Seite der Hauptplatte 2 gesaugt werden.
Im Vergleich dazu kann, indem die Vorderkantenlinie L1 der Schaufel 4 wie bei der Ausführungsform 1 in der Draufsicht eine S-Form mit einem konvexen Teil in der Gegendrehrichtung aufweist, der Umfang des Bereichs, in dem sich die Vorderkante 41 auf der Innendurchmesserseite der Hauptplatte 2 befindet, im Vergleich zu anderen Bereichen erweitert sein, verglichen mit einem Fall, in dem die Vorderkante 41 der Schaufel 4 linear ist. Dadurch wird ein Luftstrom effektiv in die Seite der Hauptplatte 2 gezogen, wo die Strömung durch Trägheit konzentriert wird, so dass die Luftförderleistung des Turbo-Ventilators verbessert wird.
Wenn beispielsweise eine Konfiguration konzipiert wird, bei der die auf der Seite der Hauptplatte 2 konzentrierte Luftströmung effizient angesaugt wird, kann es zu einer Abtrennung in einer Unterdruckfläche auf der Seite der Abdeckung 3 oder zu einer ungleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilung am Auslass der Schaufel 4 kommen. In diesem Fall kann beispielsweise die gesamte Schaufel 4 konkav-konvex in Richtung der rotierenden Welle gekrümmt sein, um den Oberflächenbereich der Schaufel 4 zu vergrößern und die Luftfördereigenschaften und das Geräuschverhalten zu verbessern.
Doch selbst wenn die Schaufel 4 in axialer Richtung einen konkaven oder konvexen Teil aufweist, besteht die Möglichkeit, dass, wenn die Querschnittsform der Schaufel 4 von der Vorderkante bis zur Hinterkante in axialer Richtung der rotierenden Welle RS im Wesentlichen identisch ist, der in die Schaufel 4 strömende Luftstrom in axialer Richtung der rotierenden Welle RS ungleichmäßig vorhanden ist oder der Luftstrom mit Dreidimensionalität nicht dem Querschnitt der Schaufel 4 folgt.
Im Gegensatz dazu wird bei der Schaufel 4 gemäß Ausführungsform 1 der Luftstrom, der in die Schaufel 4 einströmt und auf der Seite der Hauptplatte 2 konzentriert ist, aufgrund der Form der Hinterkantenlinie L2 entlang der Schaufel 4 zur Luftauslassseite geleitet und von der Seite der Hauptplatte 2 zur Seite der Abdeckung 3 an der Luftauslassseite verteilt. Dadurch wird die Geschwindigkeitsverteilung des Luftstroms, der aufgrund der Trägheit ungleichmäßig in die Seite der Hauptplatte 2 strömt, gleichmäßiger, und eine Verschlimmerung des Lärmproblems durch Ablösung des Luftstroms an der Unterdruckfläche auf der Seite der Abdeckung 3 oder eine ungleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung des Luftstroms am Luftauslass des Turbo-Ventilators 100 kann unterdrückt werden.
Dies ermöglicht es dem Turbo-Ventilator 100 zugleich, die Luftförderleistung zu verbessern, den Wirkungsgrad des Ventilators zu erhöhen und die Geräuschentwicklung des Ventilators zu reduzieren.
Gemäß dem oben beschriebenen Turbo-Ventilator 100 der Ausführungsform 1 ist die Seite der Hauptplatte 2 der Vorderkante 41 so geformt, dass die erste Kurve L21, wenn die Vorderkante 41 von oben in der axialen Richtung der rotierenden Welle RS betrachtet wird, eine S-Form mit einem konvexen Teil in einer Gegendrehrichtung aufweist. Infolgedessen vergrößert sich auf der Seite der Hauptplatte 2 ein Bereich, in dem der Abstand zwischen der rotierenden Welle RS und der Vorderkante 41 kürzer ist als der Abstand zwischen der rotierenden Welle RS und der ersten geraden Linie L11. Daher wird ein Luftstrom, der sich aufgrund der Trägheit auf der Seite der Vorderkante 41 an der Hauptplatte 2 konzentriert, effektiv angesaugt, so dass die Luftströmungseigenschaften verbessert werden.
Die Seite der Vorderkante 41 an der Hauptplatte 2 ist so geformt, dass sie sich in der Drehrichtung RD vor der Vorderkante 41 auf der Seite der Abdeckung 3 befindet. Dadurch kann der Luftstrom effektiv von der Schaufel 4 auf der Seite der Hauptplatte 2 angesaugt werden, ohne von der Schaufel 4 auf der Seite der Abdeckung 3 gestört zu werden. Die Hinterkante 42 hat eine Form, bei der die zweite Kurve L22, von oben gesehen, auf einem Bogen liegt, der auf der rotierenden Welle RS zentriert ist, und die dritte Kurve L23, von der zylindrischen Ebene C aus gesehen, in der Drehrichtung RD konvex ist, wobei die Seite der Hauptplatte 2 in der Drehrichtung RD weiter vorn liegt als die Seite der Abdeckung 3.
Infolgedessen wird der Luftstrom, dessen ungleichmäßige Konzentration in Richtung der Seite der Hauptplatte 2 auf der Seite der Vorderkante 41 gefördert wird, gleichmäßig von der Seite der Hauptplatte 2 zur Seite der Abdeckung 3 verteilt, so dass eine Verschlimmerung des Geräuschproblems verhindert wird, das durch die Luftstromablösung an der Unterdruckfläche auf der Seite der Abdeckung 3 verursacht wird. Auf diese Weise werden eine Verschlechterung der Luftströmungseigenschaften im Turbo-Ventilator 100 und eine ungleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung am Auslass der Schaufel 4 unterdrückt.
Insbesondere wenn die Anzahl des ersten Wendepunkts P13 in der ersten Kurve L21 Eins ist, verhindert die Dreidimensionalität des angesaugten Luftstroms, d.h. die axiale Komponente des Luftstroms, Turbulenzen im Luftstrom an der Vorderkante. Dadurch kann der Luftstrom gleichmäßig zur Hinterkante strömen, so dass eine Verringerung der Saugleistung des Luftstroms im Turbo-Ventilator 100 und eine ungleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung am Auslass der Schaufel 4 weiter unterdrückt werden.
Ausführungsform 2
7 ist eine Draufsicht auf eine Schaufel 4 eines Turbo-Ventilators 100 gemäß Ausführungsform 2, gesehen in axialer Richtung der rotierenden Welle RS. Da sich die Ausführungsform 2 von der Ausführungsform 1 in der Konfiguration der Schaufel 4 unterscheidet und ansonsten der Ausführungsform 1 ähnlich ist, wird auf die erneute Erläuterung verzichtet und ähnliche oder äquivalente Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Wie in 7 gezeigt, weist die Schaufel 4 gemäß Ausführungsform 2 eine Konfiguration auf, bei der sich die Wölbungslinie LC1 auf der Seite der Hauptplatte 2 und die Wölbungslinie LC2 auf der Seite der Abdeckung 3 in der Draufsicht in axialer Richtung der rotierenden Welle RS gesehen im Punkt P14 kreuzen. Die Wölbungslinie LC1 auf der Seite der Hauptplatte 2 ist die Mittellinie in Dickenrichtung der Schaufel 4 auf der Fläche, wo die Schaufel 4 die Hauptplatte 2 berührt. Die Wölbungslinie LC2 auf der Seite der Abdeckung 3 ist die Mittellinie in Dickenrichtung der Schaufel 4 in einer imaginären Ebene senkrecht zur rotierenden Welle RS, die durch den äußersten Umfang der Abdeckung 3 der Schaufel 4 verläuft.
Bei der Konfiguration, bei der sich die Wölbungslinie LC1 auf der Seite der Hauptplatte 2 und die Wölbungslinie LC2 auf der Seite der Abdeckung 3 schneiden, ist ein Bereich der Unterdruckfläche der Schaufel 4, wenn die Schaufel 4 von der Lufteinlassseite aus gesehen betrachtet wird, vergrößert, im Vergleich zu der Konfiguration, in der sie sich nicht schneiden. Die Unterdruckfläche der Schaufel 4 ist, mit anderen Worten, die innere Oberfläche 4b der Schaufel 4.
Die von der Lufteinlassseite der Schaufel 4 aus sichtbare innere Oberfläche 4b ist ein Bereich, der sich hauptsächlich auf der Seite der Abdeckung 3 der Schaufel 4 befindet. Durch Vergrößerung der Fläche der inneren Oberfläche 4b, die sichtbar ist, wenn die Schaufel 4 von der Lufteinlassseite aus betrachtet wird, kann die Luft leicht zur Unterdruckseite der Schaufel 4 auf der Seite der Abdeckung 3 strömen, und die Ablösung des Luftstroms von der Unterdruckseite der Schaufel 4 auf der Seite der Abdeckung 3 wird effektiver unterdrückt.
Gemäß dem oben beschriebenen Turbo-Ventilator 100 nach Ausführungsform 2 wird, da der Bereich der Unterdruckfläche der Schaufel 4, der von der Lufteinlassseite aus sichtbar ist, vergrößert ist, dem Luftstrom ermöglicht, leichter zur Unterdruckfläche der Schaufel 4 auf der Seite der Abdeckung 3 zu strömen. Infolgedessen wird die Ablösung eines Luftstroms von der Unterdruckfläche der Schaufel 4 auf der Seite der Abdeckung 3 effektiver unterdrückt, was den Wirkungsgrad des Ventilators verbessert und das Ventilatorgeräusch reduziert.
Ausführungsform 3
8 ist eine Draufsicht auf eine Schaufel 4 eines Turbo-Ventilators 100 gemäß Ausführungsform 3 in der axialen Richtung einer rotierenden Welle RS gesehen. Da sich die Konfiguration gemäß Ausführungsform 3 von der gemäß Ausführungsform 1 in der Konfiguration der Schaufel 4 unterscheidet und ansonsten der gemäß Ausführungsform 1 ähnlich ist, wird auf die erneute Erläuterung verzichtet, und ähnliche oder äquivalente Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Bei dem Turbo-Ventilator 100 der Ausführungsform 3 liegt der erste Wendepunkt P 13 an der Vorderkantenlinie L1 näher an dem Punkt P11 als an dem Punkt P12 in Bezug auf einen linearen Abstand in der Draufsicht in axialer Richtung der rotierenden Welle RS. Mit anderen Worten, der Abstand zwischen dem ersten Wendepunkt P13 und dem Punkt P11 ist kürzer als der Abstand zwischen dem ersten Wendepunkt P13 und dem Punkt P12.
9 ist eine meridionale Ansicht von wesentlichen Teilen der Schaufel 4 des Turbo-Ventilators 100 gemäß Ausführungsform 3. Die meridionale Ansicht ist eine Ansicht einer Ebene eines Rotationskörpers, der durch Drehen der Schaufel 4 gebildet wird, wenn sie entlang der Ebene geschnitten wird, die die rotierende Welle RS enthält.
Wie in 9 gezeigt, ist in der meridionalen Ansicht der Schaufel 4 ein Winkel θ3, der durch die Normale der Vorderkante 41 auf der Seite der Abdeckung 3 und der rotierenden Welle RS gebildet wird, größer als ein Winkel θ2, der durch die Normale der Vorderkante 41 auf der Seite der Hauptplatte 2 und der rotierenden Welle RS gebildet wird. Wie oben beschrieben, ist die Schaufel 4 gemäß Ausführungsform 3 so konfiguriert, dass der erste Wendepunkt P13 in der Draufsicht, in axialer Richtung der rotierenden Welle RS gesehen, näher am Punkt P11 liegt als der Punkt P12. Daher ist der Winkel θ3 zwischen der Normalen der Vorderkante 41 und der rotierenden Welle RS auf der Seite der Abdeckung 3 größer als der Winkel θ2 zwischen der Normalen der Vorderkante 41 und der rotierenden Welle RS auf der Seite der Hauptplatte 2.
Bei dieser Konfiguration strömen der Luftstrom A11 auf der Seite der Hauptplatte 2, der Luftstrom A12 auf der Seite der Abdeckung 3 und der Luftstrom A13 zwischen der Hauptplatte 2 und der Abdeckung 3 jeweils in normaler Richtung zur Vorderkante 41 der Schaufel 4. Auf der Seite der Abdeckung 3 kann der Luftstrom A12, der schräg zum Querschnitt der Schaufel 4 strömt, so eingestellt werden, dass die Normalenrichtung der Vorderkante 41 der Schaufel 4 die Einströmrichtung des Luftstroms A12 ist.
Gemäß dem oben beschriebenen Turbo-Ventilator 100 gemäß Ausführungsform 3 kann die Normalenrichtung der Vorderkante 41 der Schaufel 4 so eingestellt werden, dass sie mit der Einströmrichtung der Luft übereinstimmt, so dass der Strömungsverlust verringert, der Wirkungsgrad des Ventilators verbessert und das Ventilatorgeräusch reduziert wird.
Ausführungsform 4
10 ist eine Draufsicht auf eine Schaufel eines Turbo-Ventilators gemäß Ausführungsform 4, gesehen in axialer Richtung einer rotierenden Welle RS. Da sich die Ausführungsform 4 von der Ausführungsform 1 in der Konfiguration der Schaufel 4 unterscheidet und ansonsten der Ausführungsform 1 ähnlich ist, wird auf die erneute Erläuterung verzichtet und ähnliche oder gleichwertige Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Wie in 10 gezeigt, ist die Schaufel 4 mit einem zweiten Wendepunkt P15 ausgebildet, bei dem sich die Kurvenrichtung der Wölbungslinie im Querschnitt senkrecht zur rotierenden Welle RS zumindest teilweise von der Seite der Hauptplatte 2 zum ersten Wendepunkt P13 ändert.
Eine Flügelsehne, die eine gerade Linie ist, die durch die Vorderkante 41 und die Hinterkante 42 in einem bestimmten Abschnitt der Schaufel 4 verläuft, wird als zweite gerade Linie L12 definiert. In 10 ist beispielhaft eine gerade Linie L12 relativ zu einem Querschnitt durch den Punkt P11 der Schaufel 4 dargestellt. Eine Linie, die senkrecht zur zweiten Linie L12 verläuft, wird als dritte Linie L13 definiert. Dann wird ein Koordinatensystem betrachtet, das durch die zweite gerade Linie L12 und die dritte gerade Linie L13 definiert ist.
Die Kurvenrichtung der Wölbungslinie LC1 im Querschnitt senkrecht zur rotierenden Welle RS der Schaufel 4 ändert sich am zweiten Wendepunkt P15 relativ zum Koordinatensystem. Die Schaufel 4 weist eine Konfiguration auf, bei der sich die Krümmungsrichtung der Wölbungslinie im zweiten Wendepunkt P 15 zumindest teilweise vom hauptplattenseitigen Querschnitt zum Querschnitt im ersten Wendepunkt P13 ändert. Die Schaufel 4 kann mit dem zweiten Wendepunkt P 15 an allen Positionen von der Seite der Hauptplatte 2 bis zur Höhe des ersten Wendepunkts P13 ausgebildet sein.
Gemäß dieser Konfiguration ist auf der Seite der Hauptplatte 2 ein Bereich in der Nähe einer Vorderkante eines Querschnitts der Schaufel 4 in der Gegendrehrichtung konvex, was zu einer gegenläufig geneigten Konfiguration führt. Die Wölbungslinie auf der Seite der Hauptplatte 2 der Schaufel 4 ist gegenläufig geneigt, so dass sie in der Gegendrehrichtung konvex ist, so dass der Einlasswinkel der Querschnittsform der Schaufel 4 der Einströmgeschwindigkeit des Luftstroms entspricht. Unter den Winkeln, die durch die Tangente an der Vorderkante 41 eines imaginären Kreises, der durch die Vorderkante 41 mit der rotierenden Welle RS als Ursprung verläuft, und die Tangente an der Vorderkante 41 der Wölbungslinie der Schaufel 4 an der Vorderkante 41 gebildet werden, ist der Einlasswinkel ein Winkel, der auf der Unterdruckfläche der Schaufel 4 und auf einer Seite in der Gegendrehrichtung der Schaufel 4 liegt.
Die Vorderkante 41 auf der Seite der Hauptplatte 2 der Schaufel 4 liegt näher an der Nabe 1 als die Vorderkante 41 auf der Seite der Abdeckung 3, da der Innendurchmesser, der der Abstand von der rotierenden Welle RS ist, an der Vorderkante 41 auf der Seite der Hauptplatte 2 kleiner ist als auf der Seite der Abdeckung 3. An der Vorderkante 41 auf der Seite der Hauptplatte 2 der Schaufel 4 wird die Luftströmung durch die Viskosität der Hauptplatte 2 beeinflusst, was dazu führt, dass die radialen Komponenten der Lufteinströmgeschwindigkeit reduziert werden.
Durch die richtige Gestaltung des Einlasswinkels werden Kollisionsverluste zwischen dem Luftstrom und der Schaufel 4 an der Vorderkante 41 der Schaufel 4 oder die Ablösung des Luftstroms an der Vorderkante 41 wirksam unterdrückt, was zu einem verbesserten Wirkungsgrad des Ventilators und einer Reduzierung des Ventilatorgeräuschs führt.
Der Turbo-Ventilator 100 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform 4 weist eine Konfiguration auf, bei der die Kurvenrichtung der Wölbungslinie der Schaufel 4 variiert wird. Indem die Form der Schaufel 4 so gestaltet wird, dass der Einlasswinkel mit der Einströmgeschwindigkeit des Luftstroms übereinstimmt, können die Kollisionsverluste, die durch die Kollision des Luftstroms mit der Schaufel 4 an der Vorderkante 41 der Schaufel 4 und die Ablösung des Luftstroms von der Schaufel 4 verursacht werden, wirksam unterdrückt werden, was zu einem verbesserten Wirkungsgrad des Ventilators und einer Verringerung des Ventilatorgeräusches führt.
Ausführungsform 5
11 ist ein Diagramm, das eine Relation zwischen einer Höhe einer Vorderkante und einem Einlasswinkel einer Schaufel eines Turbo-Ventilators 100 gemäß Ausführungsform 5 zeigt. Da sich die Konfiguration gemäß Ausführungsform 5 von der gemäß Ausführungsform 1 in der Konfiguration der Schaufel 4 unterscheidet und ansonsten der gemäß Ausführungsform 1 ähnlich ist, wird auf die erneute Erläuterung verzichtet, und ähnliche oder äquivalente Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Wie in 11 gezeigt, ist die Schaufel 4 so konfiguriert, dass, wenn die Höhe der Vorderkante 41 der Schaufel 4 größer als der erste Wendepunkt P13 ist, der Winkel auf der Seite in der Gegendrehrichtung des Einlasswinkels zunehmend verringert wird. Die Höhe der Vorderkante 41 der Schaufel 4 ist ein vertikaler Abstand von der Hauptplatte 2 zur Vorderkante 41 der Schaufel 4 und ist der Abstand in der +Z-Richtung, wenn der Ursprung der Schnittpunkt der Hauptplatte 2 und der rotierenden Welle RS ist. Der Einlasswinkel ist ein Winkel zwischen der Tangente an der Vorderkante 41 eines Kreises, der die rotierende Welle RS als Ursprung hat und durch die Vorderkante 41 der Schaufel 4 verläuft, und der Wölbungslinie der Schaufel 4 an der Vorderkante 41, wie oben beschrieben. Mit anderen Worten, die Schaufel 4 hat eine Konfiguration, bei der der Einlasswinkel im Querschnitt senkrecht zur rotierenden Welle RS vom Querschnitt der Schaufel 4 mit dem ersten Wendepunkt P13 der Vorderkantenlinie L1 als Vorderkante 41 bis zum Querschnitt der Schaufel 4 auf der Seite der Abdeckung 3 zunehmend verringert wird.
Die Luftströmung an der Vorderkante 41 wird durch die Nabe 1 und die Hauptplatte 2 auf der Seite der Hauptplatte 2, auf der der Innendurchmesser der Schaufel 4 reduziert ist, leicht beeinflusst. Die Luftströmung an der Vorderkante 41 wird nicht mehr von der Nabe 1 und der Hauptplatte 2 beeinflusst, wenn sie sich zur Seite der Abdeckung 3 bewegt, und der Einlasswinkel der Luftströmung relativ zum Querschnitt der Schaufel 4 nimmt tendenziell ab.
Daher ist der Einlasswinkel der Schaufel 4 so konfiguriert, dass er auf der Seite der Abdeckung 3 abnimmt, so dass der Kollisionsverlust des Luftstroms für die Schaufel 4 oder die Ablösung des Luftstroms von der Vorderkante 41 der Schaufeln 4 unterdrückt wird, so dass der Wirkungsgrad des Ventilators verbessert und das Ventilatorgeräusch reduziert wird.
Gemäß dem oben beschriebenen Turbo-Ventilator 100 nach Ausführungsform 5 wird, wenn die Höhe der Vorderkante 41 der Schaufel 4 größer wird als die Höhe der Vorderkante 41 am ersten Wendepunkt P13, der Einlasswinkel der Schaufeln 4 zunehmend verringert. Der Einlasswinkel der Schaufel 4 nimmt allmählich ab. Daher werden der Kollisionsverlust des Luftstroms, der zur Schaufel 4 strömt, und die Ablösung von der Vorderkante unterdrückt, und der Ventilatorwirkungsgrad kann verbessert und das Ventilatorgeräusch reduziert werden.
Ausführungsform 6
12 ist eine schematische Ansicht, die das Innere einer Klimaanlage gemäß Ausführungsform 6 zeigt. Ausführungsform 6 bezieht sich auf eine Klimaanlage 200, die mit dem Turbo-Ventilator 100 gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 5 ausgebildet ist, und bei Teilen, die denen in den Ausführungsformen 1 bis 5 ähnlich oder äquivalent sind, wird auf eine erneute Erläuterung verzichtet, und sie sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Wie in 12 gezeigt, weist die Klimaanlage 200 einen Turbo-Ventilator 100 mit der Schaufel 4 und einen Motor 201 auf, der über eine Welle 201a mit dem Turbo-Ventilator 100 verbunden ist. Auf der Luftauslassseite des Turbo-Ventilators 100 befindet sich ein Wärmetauscher 202. Auf der Lufteinlassseite des Turbo-Ventilators 100 ist eine glockenförmige Mündung 203 ausgebildet.
Wenn der Turbo-Ventilator 100 zum Drehen angetrieben wird, wird ein Luftstrom durch einen Lufteinlass 205 in das Innere der Klimaanlage 200 gesaugt. Nachdem der Luftstrom die glockenförmige Mündung 203, den Turbo-Ventilator 100 und den Wärmetauscher 202 passiert hat, wird er über einen Luftauslass 204 aus der Klimaanlage 200 ausgeblasen.
Da der aus dem Turbo-Ventilator 100 ausgeblasene Luftstrom am Auslass eine gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung aufweist, ist auch die Geschwindigkeitsverteilung des in den Wärmetauscher 202 eintretenden Luftstroms gleichmäßig. Dadurch wird der Druckverlust des Luftstroms beim Durchgang durch den Wärmetauscher 202 verringert und die Wärmeaustauschleistung verbessert, was zu einer verbesserten Leistung und zu Energieeinsparungen für die Klimaanlage 200 als Ganzes beiträgt.
Beispiele
Im Folgenden wird eine Bewertung der Leistung des Turbo-Ventilators 100, der das Beispiel betrifft, beschrieben. Die Bewertung der Leistung wurde auf der Grundlage von Vergleichsexperimenten zwischen dem Turbo-Ventilator 100 des Beispiels und einem Turbo-Ventilator eines Vergleichsbeispiels mit einer üblichen Konfiguration durchgeführt.
Im Experiment sind der Turbo-Ventilator 100 des Beispiels und der Turbo-Ventilator des Vergleichsbeispiels mit Schaufeln mit einem Durchmesser von 480 mm als Schaufel 4 konfiguriert, und beide sind auf einer Klimaanlage für den Einsatz auf Laborbasis montiert.
Als Nächstes wurden der Turbo-Ventilator 100 des Beispiels und der Turbo-Ventilator des Vergleichsbeispiels, die in der Klimaanlage installiert waren, mit einer vorbestimmten Anzahl von Umdrehungen angetrieben. Die Messungen des Luftstroms, der Motorleistung und des Geräuschpegels wurden unter Bedingungen durchgeführt, bei denen der Differenzdruck zwischen dem Lufteinlass 205 und dem Luftauslass 204 der Klimaanlage gleich Null war. Der Geräuschpegel wurde in einem Abstand von 1 m vom Lufteinlass 205 senkrecht zur Ansaugfläche unter Bedingungen gemessen, bei denen der Differenzdruck zwischen dem Lufteinlass 205 und dem Luftauslass 204 gleich Null ist.
13 ist ein Diagramm, das eine Relation zwischen einem Luftvolumen und einer Anzahl von Umdrehungen in den Turbo-Ventilatoren des Beispiels und Vergleichsbeispiels zeigt. 14 ist ein Diagramm, das die Relation zwischen einem Luftvolumen und einer Leistungsaufnahme in den Turbo-Ventilatoren des Beispiels und Vergleichsbeispiels zeigt. 15 ist ein Diagramm, das die Relation zwischen der Luftmenge und dem Geräuschpegel in den Turbo-Ventilatoren des Beispiels und Vergleichsbeispiels zeigt. In den 13 bis 15 zeigt der Ventilator A den Turbo-Ventilator des Vergleichsbeispiels und der Ventilator B den Turbo-Ventilator 100 des Beispiels.
Wie in 13 gezeigt, wurde bei der Nenndrehzahl jedes Turbo-Ventilators, was den Luftstrom bei der gleichen Anzahl von Umdrehungen betrifft, festgestellt, dass der Ventilator B um etwa 3 m³/min höher lag als der Ventilator A. Mit anderen Worten, es wurde bestätigt, dass der Turbo-Ventilator 100 des Beispiels einen Effekt der Verbesserung der Luftförderleistung des Ventilators hat.
Wie in 14 gezeigt, wurde bei der Nennluftströmungsrate jedes Turbo-Ventilators, was die Motorleistungsaufnahme bei gleicher Luftströmungsrate betrifft, festgestellt, dass der Ventilator B im Vergleich zum Ventilator A um ca. 11 W niedriger war. Mit anderen Worten, es wurde bestätigt, dass die Energiesparleistung des Ventilators durch den Turbo-Ventilator 100 des Beispiels verbessert wird.
Wie in 15 gezeigt, wurde für den Geräuschpegel bei der Nennluftströmungsrate jedes Turbo-Ventilators festgestellt, dass der Ventilator B im Vergleich zu Ventilator A um ca. 2 dB niedriger war. Mit anderen Worten wurde festgestellt, dass der Turbo-Ventilator 100 gemäß dem Beispiel eine den Geräuschpegel des Ventilators senkende Wirkung hat.
Die obigen Versuchsergebnisse zeigen, dass mit dem Turbo-Ventilator 100 des Beispiels zugleich eine verbesserte Luftförderleistung, eine geringere Leistungsaufnahme und ein geringeres Geräusch realisiert werden können.
Liste der Bezugszahlen

1: Nabe,
2: Hauptplatte,
3: Abdeckung,
4: Schaufeln,
4a: äußere Oberfläche,
4b: innere Oberfläche,
41: Vorderkante,
42: Hinterkante,
100: Turbo-Ventilator,
200: Klimaanlage
201: Motor,
201a: Welle,
202: Wärmetauscher,
203: glockenförmige Mündung,
204: Luftauslass,
205: Lufteinlass

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 6642913 B2 [0005]

Claims

Turbo-Ventilator, welcher Folgendes aufweist: eine Hauptplatte, an der eine Nabe angeordnet ist, mit der eine rotierende Welle verbunden ist, eine Abdeckung, die so angeordnet ist, dass sie der Hauptplatte gegenüberliegt, und eine Mehrzahl von Schaufeln, die zwischen der Hauptplatte und der Abdeckung angeordnet sind, wobei jede von der Mehrzahl von Schaufeln eine Vorderkante und eine Hinterkante aufweist, wobei die Hinterkante weiter von der rotierenden Welle entfernt angeordnet ist als die Vorderkante, wobei die Vorderkante in einer Drehrichtung weiter vorn angeordnet ist als die Hinterkante, wobei, wenn ein Verbindungspunkt der Vorderkante mit der Hauptplatte als ein erster Punkt bezeichnet wird und ein Schnittpunkt der Vorderkante mit einer imaginären Ebene, die durch den äußersten Umfang der Abdeckung verläuft und senkrecht zu der rotierenden Welle ist, als ein zweiter Punkt bezeichnet wird, eine erste Kurve, die durch Projizieren der Vorderkante auf eine Ebene senkrecht zu der rotierenden Welle gebildet wird, einen ersten Wendepunkt relativ zu einem Koordinatensystem aufweist, in dem eine imaginäre gerade Linie, die durch den ersten Punkt und den zweiten Punkt verläuft, eine Abszisse ist und die Seite der Drehrichtung in einer Draufsicht, gesehen in einer axialen Richtung der rotierenden Welle, positiv ist, die erste Kurve einen Bereich hat, der an einem Punkt, der näher am ersten Wendepunkt liegt als der erste Punkt, in einer Gegendrehrichtung konvex ist, und einen Bereich, der an einem Punkt, der näher am zweiten Punkt liegt als der erste Wendepunkt, in der Drehrichtung konvex ist, wobei der erste Punkt in der Drehrichtung vor dem zweiten Punkt liegt, wobei eine zweite Kurve, die durch Projizieren der Hinterkante auf eine Ebene senkrecht zur rotierenden Welle gebildet wird, einem Bogen folgt, der in einer Draufsicht in einer axialen Richtung der rotierenden Welle gesehen auf der rotierenden Welle zentriert ist, wobei eine dritte Kurve, die durch Projizieren der Hinterkante auf eine mit der rotierenden Welle koaxiale zylindrische Ebene gebildet wird, so geformt ist, dass sie in der Drehrichtung konvex ist, und ein Verbindungspunkt der dritten Kurve und der Abdeckung in der Drehrichtung hinter einem Verbindungspunkt der dritten Kurve und der Hauptplatte angeordnet ist.
Turbo-Ventilator nach Anspruch 1, wobei der erste Wendepunkt nur auf der ersten Kurve vorhanden ist.
Turbo-Ventilator nach Anspruch 1 oder 2, bei dem sich in jeder von der Mehrzahl von Schaufeln eine Mittellinie in einer Dickenrichtung in einer Oberfläche, in der jede von der Mehrzahl von Schaufeln mit der Hauptplatte in Kontakt ist, und eine Mittellinie in der Dickenrichtung von jeder der Mehrzahl von Schaufeln in einer imaginären Ebene, die durch einen äußersten Umfang der Abdeckung verläuft und senkrecht zur rotierenden Welle ist, sich in einer Draufsicht in Richtung der rotierenden Welle gesehen, schneiden.
Turbo-Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in einer Draufsicht, in axialer Richtung der rotierenden Welle gesehen, ein Abstand zwischen dem ersten Wendepunkt und dem ersten Punkt kürzer ist als ein Abstand zwischen dem ersten Wendepunkt und dem zweiten Punkt.
Turbo-Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in mindestens einem Teil eines Bereichs, der sich von einem Querschnitt der Schaufel in einer Ebene, die durch den ersten Punkt verläuft und senkrecht zur rotierenden Welle steht, zu einem Querschnitt der Schaufel in einer Ebene, die durch den ersten Wendepunkt verläuft und senkrecht zur rotierenden Welle steht, erstreckt, in einem Koordinatensystem, das durch die erste gerade Linie definiert ist, die durch die Vorderkante und die Hinterkante in einem Querschnitt der Schaufel in der Ebene senkrecht zu der rotierenden Welle verläuft, eine zweite gerade Linie senkrecht zu der ersten geraden Linie, eine Mittellinie der Richtung der Kurve in einer Dickenrichtung der Schaufel, einen zweiten Punkt hat.
Turbo-Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in einem Querschnitt der Schaufel in der Ebene senkrecht zur rotierenden Welle unter Einlasswinkeln, von denen jeder ein Winkel ist, der durch eine Tangente an der Vorderkante eines Kreises, der die rotierende Welle als Ursprung hat und durch die Vorderkante verläuft, und eine Tangente an der Vorderkante der Mittellinie in einer Dickenrichtung der Schaufel gebildet wird, der Winkel auf der gegenläufigen Seite der Schaufel von einem Querschnitt der Schaufel in der Ebene senkrecht zur rotierenden Welle zunehmend abnimmt und durch den ersten Wendepunkt zu einer Ebene verläuft, in der die Schaufel und die Abdeckung in Kontakt sind.
Klimaanlage, die einen Turbo-Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist und einen Wärmetauscher auf der Luftauslassseite des Turbo-Ventilators aufweist.