[發明專利]低速降溫扇

有效

• 申請號: 00803977.1
• 申請日: 2000-02-11
• 公開（公告）號: CN1100239C
• 公開（公告）日: 2003-01-29
• 發明（設計）人: 韋爾特·K·博伊德;威廉·C·費爾斑克
• 申請（專利權）人: 機械系統公司
• 主分類號: F24F7/007
• 分類號: F24F7/007;F04D25/08;F04D29/38
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 劉曉峰

技術領域

本發明涉及大型建筑中的降溫設備，特別是涉及一種大直徑低速扇，它可被用來在一個建筑物中以一種均一的方式使很大體積的空氣慢慢地循環，以促進建筑物中的個人或動物降溫。

背景技術

在諸如倉庫和工廠等大型建筑物中工作的人們通常暴露在不舒適的或為危險的工作條件中。在熱天中，內部的空氣溫度能達到一個值，這時一個人已無法維持健康的體溫。并且，在這種環境下發生的很多行為，如焊接或操作內燃機，會產生空氣傳播的污染物，這對那些在這個環境中的個體是有害的。如果該區域沒有很好的通風，空氣傳播的污染物的后果甚至會被放大到更大的程度。

并不總是能用傳統的空調方法來解決大型建筑物的降溫問題。特別是大型建筑物中的大體積的空氣需要強大的空調設備起作用。如果使用這樣的設備，操作費用將是可觀的。如果有處于常開狀態的大門或需要與外界通風，操作大型空調設備的費用將會變得更大。

通常，當空氣調節裝置不切實可行，風扇被用來提供某種程度的降溫。一臺典型的風扇包括多個傾斜的葉片在一個可旋轉的轂上呈放射狀分布。這樣的風扇的端到端的直徑通常在3到5英尺。

當一臺典型的風扇在一臺電機的作用下以較高的速度旋轉時，在靠近扇葉的空氣和周圍的空氣間產生了壓力差，沿著風扇的旋轉軸形成了通常是圓錐形的氣流。圓錐形與作用在移動的空氣團的邊界的拉力一起使氣流的模式在下游的位置突然形成散布性的方式。因此，這些類型的風扇向個人提供有效的降溫的能力被限制在離風扇一定距離內的人們。

特別是，一臺風扇的效果是基于蒸發原理。當一個人的體溫上升到了一個臨界標準，人體開始出汗。通過蒸發過程，包含了汗液的更為活躍的分子被釋放到周圍的空氣中，因此導致了人體的外部的熱能的全面減少。由于蒸發導致的熱能的全面減少能抵消人體的熱能的正來源，包括新陳代謝活動和與周的高溫空氣的熱傳導。

蒸發熱量損失的速度高度依賴于周圍空氣的相對濕度。如果周圍空氣是不流動的，在人體的皮膚附近形成一層飽和的空氣，由于它阻止人體的蒸發作用，所以它顯著地降低了蒸發熱量損失的速度。

這樣，排汗作用增大使人體出大汗。缺乏有效的散熱體系導致體溫上升到超過一個可接受的標準。

風扇所產生的氣流幫助驅散人體的皮膚表面附近的飽和空氣并以不飽和的空氣取代它。這可有效地使蒸發過程在延長的時期里繼續。理想的結果是體溫保持在一個舒適的水平。

在大型建筑物中，給個人降溫的常規方法是使用很多通常使用的室內風扇。由于物理上的約束，小直徑的風扇更被人們所喜歡。特別是，大直徑的風扇需要特殊構造的高強度、重量輕的葉片，葉片可承受隨著葉片的長度和寬度的縱橫比的增加而造成重大的重力力矩的增加而導致的巨大應力。另外，事實上風扇的轉動慣量按著直徑的平方增加，這就需要使用產生高扭矩的減速裝置。并且，由于常規的電機在啟動階段時產生的巨大扭矩，伺服元件很容易導致機械故障。

使用傳統的小直徑的風扇來產生一個持續的空氣流動的缺點是產生的氣流在下游的位置顯著地減弱。這是由于該氣流的圓錐形特性和包含在氣流中與作用在圓錐的邊緣的抵抗的拉力相比相對小塊的空氣。為了在一個大的非隔離的建筑物中得到一個充足的氣流，需要很多小直徑的風扇。但是，同時使用這些設備所消耗的巨大電能抵消了它們作為一種便宜的降溫系統的優勢。并且，在一個封閉的空間里使用很多風扇也可導致增加的空氣動蕩，它能減少建筑物中的空氣流動，從而減小風扇的降溫作用。

為了在大型建筑物中不依靠不切實際的大量的小直徑的風扇就取得充足的氣流，小數量的風扇通常工作在很高的速度下?？墒?，雖然這些類型的風扇能在很短的時間內轉移大量的空氣，它們是以令人不想要的方式進行的。特別是，一個小型高速風扇把相對少量的空氣以相對高的速度移動。因此，臨近風扇的氣流的速度和產生的噪音水平都很高。另外，重量輕的物體，如紙張，會被高速氣流移動，因此會對工作環境導致重要破壞。

高速風扇的另一個問題是它們不能有效地以一種穩定而連續的氣流模式產生一大團封閉的空氣。特別是，假想一個理想狀態的薄片狀的氣流，一個風扇的能耗與風扇所產生的空速的立方成正比。因此，一個可產生相應的高速空速的電動高速風扇，以相對大的速度消耗電能。另外，氣體的動蕩的影響會因氣流的速度的增加而變得更為顯著，使一個高速風扇的氣流所帶的轉換動能被消耗在相對小體積的空氣中。因此，雖然相對多的電能被高速風扇消耗了，但是在離風扇遠的地方只產生了可忽略的氣流。