ES2267793T3 - Conjunto ventilador de automovil con una funda ensanchada y ventilador con extremidades de palas. - Google Patents

Abstract

Una unidad de ventilador refrigerante de motor para automoción que comprende una carcasa (20) y un ventilador (10), y que está configurado para funcionar corriente abajo de un intercambiador de calor (40, 50), comprendiendo dicha carcasa un tambor (24) que rodea dicho ventilador, y comprendiendo dicho ventilador un cubo central (2) y una pluralidad de palas (4), cada una de las cuales tiene una porción base (45) y una porción punta (4 6), teniendo dicha porción punta un borde delantero y un borde trasero, comprendiendo dicho tambor (24) una entrada cónica (241), estando formada una porción de cada punta de pala (46) para ajustarse a al menos una porción de la entrada cónica del tambor de la carcasa, y siendo el radio de la punta de la pala en el extremo corriente arriba de la porción ajustada superior al radio de la punta de la pala en el extremo corriente abajo de la porción ajustada; caracterizado por el hecho de que el ángulo, en un plano que incluye el eje del ventilador, entre la superficie de dicha porción ajustada de la entrada y la dirección del eje del ventilador, disminuye en la dirección corriente abajo.

Description

Conjunto ventilador de automóvil con una funda ensanchada y ventilador con extremidades de palas.

La presente invención se refiere a unidades de refrigeración para automoción.

El motor en un vehículo automóvil es normalmente refrigerado por refrigerante líquido que es bombeado a través de un intercambiador de calor líquido a aire, o radiador. Debido a la diferencia en densidad entre el refrigerante y el aire, el radiador es normalmente relativamente reducido en anchura, pero tiene un área frontal grande a través de la cual pasa el aire refrigerante. Otros intercambiadores de calor para vehículos, como un condensador para el sistema de refrigeración por aire, tienen una configuración similar y son enfriados en serie con el radiador.

La ubicación de estos intercambiadores de calor está normalmente en la parte delantera del vehículo, detrás de aberturas en la carrocería del vehículo, de forma que la alta presión debida al movimiento hacia adelante del vehículo pueda hacer que el aire se mueva a través de ellas. Sin embargo, para asegurar que el aire suficiente se mueva a través de los intercambiadores de calor cuando los requerimientos de refrigeración son considerables, o cuando el vehículo no está en movimiento, normalmente se ajusta una unidad de ventilador corriente abajo de los intercambiadores de calor.

La unidad de ventilador normalmente incluye un ventilador y una carcasa que rodea el ventilador y guía el aire entre el intercambiador de calor y el ventilador. El ventilador es normalmente impulsado por un motor eléctrico sostenido por una abrazadera a la cual está unida, o del cual forma parte integral, la carcasa. Debido a las restricciones de espacio bajo el capó, la carcasa debe generalmente ser de una profundidad mínima, mientras que al Mismo tiempo cubra una gran área de superficie del intercambiador de calor. A causa de esto, mucho del aire refrigerante alcanza el ventilador esencialmente desde la dirección radial (negativa), y debe girar casi 90 grados si tiene que fluir a través de la región del extremo del ventilador.

Si no gira lo suficiente, se separará de la superficie de la carcasa, y comprometerá la eficiencia y comportamiento acústico del ventilador.

Otra restricción del diseño del ventilador es que su ruido sea aceptable para el usuario. El ruido del ventilador incluye tanto ruido como tonos de banda ancha, siendo generados éstos últimos por la interacción del ventilador con una alimentación no axisimétrica. Una forma de minimizar estos tonos es incorporar oblicuidad en el diseño de la pala. Las palas oblicuas pueden, sin embargo, tener problemas estructurales que las palas radiales no presentan.

Hay muchas otras restricciones sobre el diseño de la unidad de ventilador. Un requisito es que el ventilador y la carcasa no sean caros de fabricar. Por esta razón normalmente es una pieza de plástico moldeado por inyección. Los espacios entre ventilador y carcasa deben presentar tolerancias de fabricación, así como desviaciones de las piezas en servicio. Estas desviaciones incluyen desplazamiento a largo plazo, y dependen del tiempo, temperatura y humedad. Las desviaciones del ventilador se derivan de las fuerzas centrífugas y aerodinámicas, e incluyen componentes tanto en las direcciones radial como axial. La unidad de ventilador debe ser diseñada de forma que el ventilador no entre en contacto con la carcasa en ningún momento, y que tenga un espacio de separación suficientemente pequeño para que el escape entre el ventilador y la carcasa no comprometa demasiado la éficiencia o ruido. Dos tipos de ventiladores han sido usados para esta aplicación, difiriendo en la naturaleza del espacio de separación a través del que se produce el escape.

Un tipo de ventilador es un ventilador sin puntas, donde el espacio de separación está entre la carcasa y los extremos de las palas rotatorias. Este tipo de ventilador normalmente tiene palas que son casi radiales en su configuración, con solo una pequeña cantidad de oblicuidad. Normalmente las palas tienen una forma de punta de radio constante, de forma que solo una desviación radial, que es minimizada por su configuración casi radial, puede producir un contacto con la carcasa. La figura la muestra un ventilador refrigerador de motor sin puntas típico.

El segundo tipo de ventilador es un ventilador en banda, las puntas de las palas del cual están unidas a una banda rotatoria. El espacio de separación a través del cual tiene lugar la recirculación está entre la banda rotatoria y la carcasa. Una ventaja de esta configuración es que el caudal de escape puede ser minimizado por el uso de varios dispositivos de control de escape (patente estadounidense 5489186). Otra ventaja es que la banda puede proporcionar apoyo estructural para las palas oblicuas (patentes estadounidenses 4569631, 4569632), minimizando su desviación.

Ambos tipos de ventiladores tienen desventajas.

La eficiencia de los ventiladores sin puntas depende mucho de la separación de las puntas. El aire se mueve alrededor de la punta de la pala desde el lado de presión hasta el lado de succión, por tanto reduciendo la diferencia de presión a través de la pala en la zona de la punta y generando un vórtice de punta concentrado. Este vórtice es un mecanismo de pérdida, y puede ser una fuente de ruido. Una configuración como la mostrada en la Figura 1b minimiza la separación de la punta, pero a expensas de una separación de caudal debida al pequeño radio de entrada en el tambor de la carcasa. La Figura 1c muestra una unidad de ventilador sin punta típica, donde la separación es minimizada por permitir la porción delantera de la punta de la pala extenderse al interior de la cámara impelente del ventilador y emplear un radio de entrada más generoso. Esta configuración, sin embargo, tiene pérdidas de fuga de punta más altas, puesto que las separaciones de punta pequeñas son mantenidas solo en la porción trasera de las puntas de la pala. Los ventiladores sin punta tienden a ser más ruidosos que los de banda, particularmente en más puntos operativos resistivos. La pérdida tiende a ser más extrema y más repentina para estos ventiladores.

Aunque los ventiladores en banda tienen pérdidas de espacio de puntas reducidas en comparación con los ventiladores sin puntas, tienen pérdidas de viscosidad adicionales de la banda rotatoria. Estas pérdidas son particularmente considerables en puntos operativos de carga ligera, donde la velocidad del ventilador es relativamente alta para la presión y caudal desarrollados. Dichos puntos operativos son comunes en aplicaciones de automoción, ya que permiten el uso de motores de par bajo que no son caros. Otra fuente de pérdida parasitaria para un ventilador en banda es la separación de caudal en la banda. Debido a requisitos de moldeo, la superficie interior de la banda debe ser esencialmente cilíndrica sobre la extensión axial de las palas, como se muestra en la Figura 1d. Normalmente se añade un reborde a la parte delantera de la banda, pero es necesariamente de extensión limitada debido a los requisitos de ajuste de espacio. La separación de caudal es a menudo el resultado de ello. La banda rotatoria también conduce a algunos problemas de ruido y vibración. Cualquier final axial de la banda causa un gran desequilibrio de acoplado que puede producir problemas de vibración en el vehículo. También el gran momento de inercia de un ventilador en banda prolonga el tiempo durante el cual el ventilador autorrota cuando el ventilador es desconectado. El proceso de autorrotación puede producir un ruido inaceptable en el vehículo. Además de estos temas de comportamiento, los ventiladores en banda pueden ser más caros de fabricar que los ventiladores sin puntas. La masa de la banda en un radio grande hace más probable que un ventilador en banda requiera un funcionamiento equilibrador separado que un ventilador sin puntas. Un ventilador reforzado requiere el uso de más material del que requeriría un ventilador sin puntas, y la presencia de líneas de malla en la banda requiere el uso de material más caro del que de otro modo podría usarse.

JP 3-11114 (Nippondenso Co Ltd) describe una unidad de refrigeración de motor de automación en la cual hay montado un ventilador corriente abajo del intercambiador de calor, y hay configurada una carcasa para producir aire desde el intercambiador de calor hasta el ventilador. El ventilador tiene un cubo central y una pluralidad de palas, las porciones de punta de las cuales se ajustan a una porción de la carcasa extendiéndose a un ángulo de inclinación fija a a la dirección axial. La carcasa tiene una segunda porción inclinada a una inclinación fija 9 a la primera porción con una discontinuidad entre las dos porciones en el borde delantero de las palas.

US 4657483 (Bede) describe un ventilador portátil sin espacio para uso doméstico. El ventilador tiene una carcasa con una porción de entrada que incluye una superficie Venturi sesgada exterior, que se extiende hacia el orificio de entrada de la carcasa para intersecarse con un borde radiado que se une a la superficie Venturi con una superficie aerodinámica interior. Las puntas de las palas del ventilador se ajustan a una porción de la superficie aerodinámica interior.

FR 1178215 (Aktiebolaget Bahco) también se ocupa de un ventilador sin espacio destinado a ser fijado en una pared para hacer de ventilador de aireación. El ventilador tiene una carcasa con una superficie cónica que se une a una superficie externa directamente detrás que sirve para montar el ventilador en una pared. Las palas tienen porciones de punta que se ajustan a parte de la superficie cónica.

US 5520513 (Kuroki et al.) muestra un ventilador montado corriente arriba de un intercambiador de calor, que tiene una carcasa con una sección de difusor acoplada al intercambiador de calor, una porción cilíndrica en su centro y una porción de entrada a la carcasa inclinada que constituye un ángulo agudo e con la porción cilíndrica.

US 4548548 (Gray) describe un ventilador en banda montado corriente abajo de un intercambiador de calor con un alojamiento guiador de aire posicionado radialmente en el exterior de la banda y que se extiende corriente abajo del mismo. Las palas pueden ser oblicuas hacia adelante o hacia atrás.

US 5297931 (Yapp et al.) describe un ventilador en banda con palas inclinadas hacia adelante. El caudal de aire recirculante puede ser controlado entre la banda y un alojamiento.

US 4569631 (Gray) describe un ventilador en banda en el cual las palas son oblicuas hacia atrás en una porción radialmente interior de las palas, y oblicuas hacia adelante en una segunda región radialmente hacia afuera de la primera.

US 5215438 (Chou et al.) describe un alojamiento para un ventilador de caudal axial, teniendo el alojamiento una entrada elíptica y estatores fijos con un cubo desde el dual hay montado un motor adaptado para activar un ventilador (no mostrado).

US 5249927 (Vera) describe un ventilador en banda en el cual la banda es en parte de sección elíptica.

La presente invención se deriva de nuestros esfuerzos para maximizar la eficiencia de una unidad de ventilador refrigerante de motor para automoción minimizando el escape entre el ventilador y la carcasa; para maximizar la eficiencia de la unidad de ventilador por minimización de la separación de caudal; para minimizar el ruido generado por el ventilador; para proporcionar una unidad a bajo coste minimizando la cantidad de material plástico usado en su fabricación; para minimizar el desequilibrio estático y de acoplamiento del ventilador, y así reducir el coste de equilibrar el ventilador y la cantidad de vibración en el vehículo; y para minimizar el momento de inercia del ventilador para acortar el proceso de autorrotación cuando el ventilador es desconectado.

Según la invención, se proporciona una unidad de ventilador refrigerante de motor para automoción que comprende una carcasa y un ventilador, y que está configurado para funcionar corriente abajo de un intercambiador de calor, comprendiendo dicha carcasa un tambor que rodea dicho ventilador, y comprendiendo dicho ventilador un cubo central y una pluralidad de palas, cada una de las cuales tiene una porción base y una porción punta, teniendo dicha porción punta un borde delantero y un borde trasero, comprendiendo dicho tambor una entrada cónica, estando formada una porción de cada punta de pala para ajustarse a al menos una porción de la entrada cónica del tambor de la carcasa, y siendo el radio de la punta de la pala en el extremo corriente arriba de la porción ajustada superior al radio de la punta de la pala en el extremo corriente abajo de la porción ajustada; caracterizado por el hecho de que el ángulo, en un plano que incluye el eje del ventilador, entre la superficie de dicha porción ajustada de la entrada y la dirección del eje del ventilador, disminuye en la dirección corriente abajo.

La invención también proporciona una unidad refrigerante de motor para automoción que comprende un intercambiador de calor y una unidad tal como se define en el párrafo anterior, en la cual el ventilador está montado corriente abajo de dicho intercambiador de calor, estando la carcasa configurada para producir aire desde el intercambiador de calor hasta el ventilador.

En una realización preferida, toda la punta de la pala se ajusta a la forma de la entrada de la carcasa. También en una realización preferida, el espacio de separación entre la punta de la pala y la carcasa es aproximadamente constante. Puesto que el espacio de la punta es mantenido en su valor mínimo sobre sustancialmente toda la punta de pala, las pérdidas de separación de punta y ruido del ventilador resultan minimizadas. Además, el cono de entrada grande permitido por este diseño minimiza la separación de caudal. Esto también maximiza la eficiencia del ventilador y minimiza el ruido.

En una realización particular, la punta de la pala se extiende corriente arriba de la porción de la punta de la pala que se ajusta al cono de la carcasa. En esta realización, la extensión axial de esta porción corriente arriba es menor de aproximadamente 0,3 veces la extensión axial de la punta de la pala.

El tambor de la carcasa corriente abajo de la entrada cónica puede ser aproximadamente cilíndrico. En una realización la punta de la pala se extiende corriente abajo del extremo corriente abajo del cono de la carcasa. En esta realización, la extensión axial de esta porción corriente abajo es menor de aproximadamente 0,5 veces la extensión axial de la punta de la pala.

En la realización preferida, el radio del tambor de la carcasa en la posición axial del borde trasero de la pala no excede del radio mínimo del tambor de la carcasa en más de 0,02 veces el diámetro del ventilador. Las referencias a los radios de la carcasa se refieren al radio del paso de aire en el interior de la carcasa.

En una realización, el tambor de la carcasa puede hacerse hacia adentro corriente abajo del borde delantero de la punta de la pala.

En aún otra realización, el tambor de la carcasa es relativamente corto, en el que la distancia entre la terminación del tambor de la carcasa y el borde trasero de la punta de la pala es menor de aproximadamente 0,5 veces la extensión axial de la punta de la pala. En una realización preferida, esta distancia es menor de aproximadamente 0,3 veces la extensión axial de la punta de la pala.

La invención también presenta una geometría de pala que minimiza la desviación en la punta de la pala. En una realización el ventilador es de palas radiales, y las puntas están inclinadas hacia adelante en menos del 3 por ciento del diámetro del ventilador. En una realización preferida, el ventilador es oblicuo. Preferiblemente, el ventilador tiene un ángulo de inclinación hacia adelante en regiones en que es de barrido hacia adelante o donde es de barrido hacia atrás menos de aproximadamente 5 grados, y tiene un ángulo de inclinación hacia atrás donde es de barrido hacia atrás de más de aproximadamente 15 grados.

En una realización preferida, el ventilador es de barrido hacia adelante cerca del cubo y hacia atrás cerca de las puntas de las palas, y tiene un ángulo de inclinación hacia adelante cerca del cubo y ángulo de inclinación hacia atrás cerca de las puntas.

En otra realización, el ventilador es de barrido hacia atrás cerca del cubo y hacia adelante cerca de las puntas de las palas, y tiene un ángulo de inclinación hacia atrás cerca del cubo y ángulo de inclinación hacia adelante cerca de las puntas de las palas.

En una realización preferida, la forma cónica es aproximadamente elíptica, siendo la distancia entre cada punto sobre la superficie de la entrada cónica y un punto correspondiente sobre una elipse próxima menor del 0,5 por ciento del diámetro del ventilador. En una realización preferida la elipse próxima está orientada de forma que tiene semiejes axiales y radiales, y tiene un semieje axial aproximadamente de 0,5 a 2,0 veces la extensión axial de la punta de pala, y un semieje radial de aproximadamente 0,4 a 1,0 veces el semieje axial. En la realización preferida el semieje axial está entre 0,04 y 0,14 veces el diámetro del ventilador, y el semieje radial está entre 0,02 y 0,11 veces el diámetro del ventilador.

En una realización preferida, el radio del extremo corriente arriba de la porción ajustada de la punta de la pala es entre aproximadamente el 2% y el 15% mayor que el radio del extremo corriente abajo de la porción ajustada de la punta de la pala.

En una realización preferida, el espacio mínimo entre la punta de la pala y la carcasa está entre 0,007 y 0,02 veces el diámetro del ventilador. La distancia axial medida en un radio constante entre el borde delantero de la pala y la carcasa está entre aproximadamente 0,011 y 0,034 veces el diámetro del ventilador.

En las realizaciones preferidas, la distancia entre cada punto sobre una curva en el barrido de plano meridional por la porción ajustada de la punta de la pala y un punto correspondiente sobre una elipse próxima es menor de 0,5% del diámetro del ventilador. En la realización más preferida las elipses próximas a las formas de la entrada cónica y la punta de la pala están orientadas de forma que tienen semiejes axial y radial, y la diferencia entre los semiejes axiales de las dos elipses es igual o superior a la diferencia entre los semiejes radiales.

En las realizaciones preferidas, el borde delantero de la punta del ventilador no es de más de 0,04 diámetros de ventilador corriente abajo del borde corriente arriba del cono de la carcasa.

En las realizaciones preferidas la cuerda de la pala en la punta es aproximadamente 0,2 a 0,4 veces el diámetro del ventilador.

En la realización preferida, la carcasa incorpora una cámara impelente, que cubre un área de la parte frontal del intercambiador de calor, que es al menos 1,5 veces el área de disco del ventilador. El caudal desde la región de la cámara impelente tiene un componente radial grande a medida que se acerca al tambor del ventilador, y es probable una separación en ausencia de una entrada cónica.

En la realización preferida, el ventilador y la carcasa están hechos de plástico moldeado por inyección. En la realización más preferida la carcasa está moldeada como una parte independiente.

En los dibujos:

Las Figuras 1a, 1b, y 1c son esbozos de un ventilador sin puntas anterior a la técnica y dos configuraciones de carcasa alternativas. La Figura 1d es un esbozo de un ventilador en banda y carcasa anterior a la técnica.

Las Figuras 2a, 2b, y 2c son esbozos de una pala de ventilador anterior a la técnica, definiendo varios parámetros de pala.

Las Figuras 3a, 3b, 3c y 3d son esbozos de una unidad de ventilador según la presente invención en la que el ventilador es de palas radiales.

Las Figuras 4a, 4b y 4c son esbozos de una unidad de ventilador según la presente invención en la que las palas del ventilador son de barrido hacia adelante en la base y de barrido hacia atrás en la punta.

Las Figuras 5a, 5b y 5c son esbozos de una unidad de ventilador según la presente invención en la que la carcasa es una carcasa en forma de anillo y las palas son de barrido hacia atrás en su base y barrido hacia adelante en las puntas.

La Figura 6 es un esbozo de un ventilador y carcasa que muestra solo la porción trasera de la punta de la pala del ventilador ajustada a la forma de la
carcasa.

La Figura 7 muestra una sección a través de una carcasa y ventilador según otra realización de la presente invención.

Las Figuras 8a y 8b muestran secciones a través de una carcasa y ventilador según las dos otras realizaciones de la presente invención.

La Figura 2a es un esbozo de una pala de ventilador anterior a la técnica que muestra los diversos parámetros de pala. El ventilador 10 es un ventilador izquierdo, rotando en el sentido de las agujas del reloj cuando se mira desde el lado corriente arriba. El borde delantero 41 de la pala 4 gira por delante de la línea semicuerda 42 y el borde trasero 43. El ángulo oblicuo \varphi en el radio "r" es el ángulo entre la línea radial 60 a través del punto de semicuerda en la base de la pala 45 y la línea radial 62 a través de la línea de semicuerda de la sección en el radio "r". El ángulo A de barrido de semicuerda en radio "r" está definido como el ángulo entre la línea radial 62 y la tangente local a la línea de semicuerda 64. El ventilador mostrado es de barrido hacia adelante, esto es, que el barrido de las palas va en la dirección de rotación.

La Figura 2b es una sección cilíndrica a través de la pala del ventilador, mostrando el borde delantero 411, el borde trasero 431, y el punto de semicuerda 421 de la sección La longitud de cuerda "c" es la longitud de una línea recta desde el borde delantero hasta el borde trasero.

La Figura 2c es una sección a través del cubo del ventilador y una vista de "barrido" de la pala 4 del ventilador. La línea 47 representa la posición axial del borde delantero de la pala como una función de la posición radial. De forma similar, la línea 48 y la línea 49 representan las posiciones axiales de la semicuerda de la pala y el borde delantero de la pala como una función de la posición radial. La inclinación en el radio "r" está definida como la distancia axial entre la línea semicuerda 48 en el radio "r" y la línea semicuerda 48 en la base de la pala. El ángulo de inclinación 6, en el radio "r" es la línea del ángulo 48 que hace en este radio con un plano normal al eje de rotación.

La Figura 3a muestra una sección a través de un radiador y condensador de automoción, y una carcasa y un ventilador de pala radial según la presente invención. Un condensador 50 está montado delante del radiador 40, al cual hay unido una carcasa. La carcasa 20 forma una cámara impelente 22 y un tambor 24. El tambor 24 comprende una porción de entrada cónica 241 y una porción cilíndrica 242. Múltiples estatores 26 se extienden por dentro desde el tambor 24 y sostienen un montaje de motor 28. Un motor eléctrico 30, unido al montaje de motor 28, activa un ventilador 10. El ventilador comprende un cubo 2, y múltiples palas 4, mostrado en una vista de "barrido". Las puntas 46 de las palas 4 del ventilador están formadas para ajustarse a la forma del tambor.

La ventaja de la configuración mostrada en la Figura 3a es que se mantiene un espacio pequeño de punta sobre toda la extensión de la punta de la pala, mientras que al mismo tiempo se permite que el caudal se contraiga gradualmente, de forma que minimiza la tendencia del caudal de separarlo de la superficie de la carcasa. Esta situación puede ser comparada favorablemente a la mostrada en la Figura 1b, donde se mantiene un espacio pequeño de punta pero a expensas de una elipse de entrada muy pequeña, que tiende a producir separación, ineficiencia y ruido. La disposición mostrada en la Figura 3a puede también ser comparada favorablemente con la mostrada en la Figura 1c, donde se obtiene una gran elipse de entrada a expensas de un espacio grande de punta, que también produce ineficiencia y ruido.

La geometría de la entrada cónica mostrada en la Figura 3a se aproxima a un cuarto de una elipse, con semiejes ar y ax. Igual buen rendimiento, sin embargo, puede obtenerse con formas de entrada que solo se aproximan a una elipse, siendo una buena aproximación donde la geometría varía desde una elipse por más o menos la mitad del porcentaje del diámetro del ventilador. La línea de semicuerda 48 de la Figura 3a muestra una pequeña cantidad de inclinación hacia adelante, que minimiza la desviación de un ventilador de palas radiales bajo carga centrífuga. De otro modo, la desviación axial debida tanto a la carga centrífuga como aerodinámica tenderá a aumentar el espacio de separación en servicio. Demasiada inclinación, sin embargo, resultará en desviación axial corriente abajo, que puede resultar en contacto entre el ventilador y la carcasa.

Aunque la optimización de la geometría de la pala puede minimizar las desviaciones del ventilador bajo carga, éstas nunca pueden ser eliminadas. Las desviaciones anticipadas y otros varios factores determinan el espacio de separación requerido entre las puntas de la pala y la carcasa. El espacio requerido en la dirección axial ga es a menudo superior al de la dirección radial gr.

En la realización mostrada en la Figura 3a, las puntas 46 de las palas 4 del ventilador están formadas para mantener un espacio aproximadamente constante g con respecto a la entrada 241 del tambor de la carcasa, donde g es medido perpendicularmente a la superficie de la carcasa. La forma de la punta de la pala corresponde a la forma de la punta "a" en la Figura 3b. Con esta forma de punta, puede verse que el espacio axial entre la punta de la pala y la carcasa es mínimo en el borde delantero de la pala. Si este espacio mínimo es menor del espacio ga requerido, esta forma de punta será insatisfactoria. La forma "b" de punta representa una línea de separación axial constante, ga, donde se supone que ga es dos veces mayor que gr. Una forma de punta aceptable seguiría la forma de punta "a" para la porción trasera de la punta de la pala, y la forma de punta "b" para la porción delantera. Un planteamiento más conservador sería usar una forma de punta "c", que es una elipse simple que satisface los espacios axial y radial mínimos requeridos. La forma de punta más conservadora es "d", donde la pala puede simultáneamente moverse axialmente una distancia ga y radialmente una distancia gr antes de tocar la carcasa. Este último planteamiento podría ser modificado para reflejar la desviación predicha como una función de la posición a lo largo de la punta de la pala.

La Figura 3c muestra una vista corriente arriba del ventilador de la Figura 3a, mostrando la naturaleza radial de las palas. La punta 46 de pala no reposa sobre una línea de radio constante, sino que en lugar de eso el borde delantero de la punta 412 de la pala reposa sobre un radio Rle que es mayor que el radio Rte del borde trasero de la punta 432 de la pala. La longitud de cuerda de la punta ctip puede definirse como la longitud de cuerda de la pala en el radio del borde trasero de la punta, Rte, y el diámetro D del ventilador puede tomarse de forma que sea igual a dos veces este radio. El área de disco del ventilador puede ser tomada del área de un círculo de diámetro D.

La Figura 3d muestra algunas secciones de pala cilíndricas del ventilador de las Figuras 3a y 3c, habiéndose tomado el punto de vista a lo largo de la raya que pasa a través del punto de semicuerda 452 de la base de la pala 45, tal como se muestra en estas figuras.

La Figura 4a muestra una vista corriente arriba de un ventilador oblicuo según la presente invención. Puede verse que el barrido de la línea de semicuerda 42 está en la dirección de rotación (barrido hacia adelante) cerca de la base 45 de la pala, pero en la dirección opuesta cerca de la punta 46. Las ventajas de una pala oblicua son 1) una reducción en ruido de ingestión de turbulencia debida al hecho de que el borde delantero se mueve oblicuamente a través del caudal, y 2) una reducción en los tonos acústicos generados por la no uniformidad del caudal circunferencial. Como en el caso del ventilador radial mostrado en la Figura 3b, el radio del borde delantero de la punta de la pala Rle supera el del borde trasero de la punta de la pala Rte.

La Figura 4b muestra una sección a través de una carcasa y el ventilador oblicuo de la Figura 4a. Como en el caso del ventilador de palas radiales mostrado en la Figura 3a, las puntas 46 de las palas 4 del ventilador están formadas para mantener un espacio aproximadamente constante Con respecto a la entrada del tambor de la carcasa 241. También se muestran los nervios 25 externos, que están colocados en las ubicaciones circunferenciales de los estatores 26 para proporcionar mayor rigidez, y para ayudar a mantener la geometría circular del tambor de la carcasa.

Una desventaja potencial de una pala oblicua es que bajo carga centrífuga generalmente se desviará más tanto radialmente como axialmente de lo que haría una pala radial. La desviación axial es particularmente un problema cuando el ventilador y la carcasa están hechos según la presente invención, en la que la desviación hacia adelante produce un aumento en el espacio de la punta, y la desviación trasera puede potencialmente producir contacto entre el ventilador y la carcasa. Sin embargo, inclinando la pala adecuadamente, la desviación axial puede ser minimizada, o si se diseña para estar ligeramente hacia adelante, ya que un aumento en el espacio de la punta tiene consecuencias mucho menos graves que el contacto con la carcasa. La línea de semicuerda 48 de la Figura 4b muestra un ángulo de inclinación (corriente arriba) positivo en la región base de la pala, y un ángulo de inclinación (corriente abajo) negativo en la región de la punta. Esta distribución de inclinación "coincide" con la distribución de oblicuidad mostrada en la Figura 4a, y minimiza las desviaciones. Como beneficio adicional, el efecto neto de esto es que el ventilador es movido hacia adelante con relación a la posición de un ventilador radial, resultando en una unidad más compacta.

La Figura 4c muestra algunas secciones cilíndricas del ventilador que se muestra en las Figuras 4a y 4b, habiéndose tomado el punto de vista a lo largo de la raya que pasa a través del punto de semicuerda 452 de la base de la pala 45, tal como se muestra en estas figuras. Pueden verse las secciones de la pala como "apiladas" de forma que la pala es tan planar como es posible dados el giro y la inclinación convergente dictados por los requisitos de comportamiento.

También son posibles otras distribuciones de oblicuidad. La Figura 5a muestra una vista corriente arriba de un ventilador oblicuo en el que puede verse que el barrido está en dirección hacia atrás cerca de la base, pero en dirección hacia adelante cerca de la punta. La oblicuidad hacia adelante en la punta permite al ventilador funcionar eficiente y silenciosamente a altas presiones.

La Figura 5b muestra una sección a través de la carcasa 20 en forma de anillo y el ventilador oblicuo 10 de la Figura 5a. Una carcasa en forma de anillo cubre una porción relativamente pequeña de los intercambiadores de calor 40 y 50, y como resultado el ventilador verá presiones relativamente altas. Esta es una aplicación apropiada para un ventilador con puntas de barrido hacia adelante. Según la invención, las puntas 46 de las palas 4 del ventilador están formadas para mantener un espacio aproximadamente constante con respecto a la entrada del tambor de la carcasa 241.

La Figura 5c muestra algunas secciones cilíndricas del ventilador que se muestra en las Figuras 5a y 5b, habiéndose tomado el punto de vista a lo largo de la raya que pasa a través del punto de semicuerda 452 de la base de la pala 45, tal como se muestra en estas figuras. Como en el caso de los ejemplos anteriores, pueden verse las secciones de pala como "apiladas" todo lo posible dentro de una geometría planar.

La Figura 6 muestra una sección a través de una carcasa y ventilador según otra realización de la presente invención. La porción trasera 465 de la punta 46 de la pala se adapta a la forma del tambor 24 de la carcasa. La porción delantera 464, sin embargo, no se adapta al tambor 24 de la carcasa 24, sino que en lugar de eso permite un espacio de separación significativamente mayor entre el ventilador y la carcasa en esta región. Esta configuración puede ser ventajosa cuando las restricciones de embalaje limitan mucho la profundidad de la carcasa. En este caso, un tambor de ventilador que incluye toda la punta de la pala, como se muestra en las Figuras 3a y 4b, puede ser tan profundo que el espacio disponible sea insuficiente para la cámara impelente 22. Una cámara impelente insuficientemente profunda resultará en no uniformidad de caudal aumentada a través de los intercambiadores de calor y un aumento en la energía requerida por el ventilador. La configuración mostrada en la Figura 6 puede ser usada para mantener la cámara impelente de un ventilador de profundidad suficiente, a expensas de la pequeña pérdida de eficiencia asociada al escape aumentado alrededor de una porción de punta de la pala del ventilador.

La Figura 7 muestra una sección a través de una carcasa y ventilador según otra realización de la presente invención. El tambor 24 de la carcasa comprende una porción 243 escalonada corriente abajo del borde delantero de la punta 46 de la pala. Los estatores 26 son sostenidos por esta porción escalonada, que a su vez es soportada por nervios 25 de la carcasa externos. Esta configuración puede reducir el caudal de escape a través del espacio de separación entre la punta 46 de la pala y el tambor 24 de la carcasa. Se ha descubierto que ofrece beneficios de reducción de ruido en algunas aplicaciones donde la resistencia del sistema es alta.

La Figura 8a muestra una sección a través de una carcasa y ventilador según otra realización de la presente invención. El tambor 24 de la carcasa termina dentro de una distancia axial pequeña del borde delantero de la punta 46 de la pala del ventilador. Los estatores 26 son extensiones de los nervios 25 de la carcasa externos. Esta configuración se ha descubierto que tiene beneficios de reducción de ruido cuando la resistencia del sistema es alta. Un beneficio añadido es la reducción de los efectos adversos del bloqueo del motor. Otra realización que consigue estos beneficios se muestra en la Figura 8b. Aquí los estatores 26 son soportados por extensiones locales del tambor 24 de la carcasa, que son a su vez soportados por nervios externos 25.

Claims (34)

1. Una unidad de ventilador refrigerante de motor para automoción que comprende una carcasa (20) y un ventilador (10), y que está configurado para funcionar corriente abajo de un intercambiador de calor (40, 50), comprendiendo dicha carcasa un tambor (24) que rodea dicho ventilador, y comprendiendo dicho ventilador un cubo central (2) y una pluralidad de palas (4), cada una de las cuales tiene una porción base (45) y una porción punta (4 6), teniendo dicha porción punta un borde delantero y un borde trasero, comprendiendo dicho tambor (24) una entrada cónica (241), estando formada una porción de cada punta de pala (46) para ajustarse a al menos una porción de la entrada cónica del tambor de la carcasa, y siendo el radio de la punta de la pala en el extremo corriente arriba de la porción ajustada superior al radio de la punta de la pala en el extremo corriente abajo de la porción ajustada; caracterizado por el hecho de que el ángulo, en un plano que incluye el eje del ventilador, entre la superficie de dicha porción ajustada de la entrada y la dirección del eje del ventilador, disminuye en la dirección corriente abajo.

2. Una unidad refrigerante de motor para automoción que comprende un intercambiador de calor (40, 50), y una unidad según la Reivindicación 1, en la cual el ventilador (10) está montado corriente abajo de dicho intercambiador de calor, estando la carcasa (20) configurada para producir aire desde el intercambiador de calor hasta el ventilador.

3. Una unidad según la Reivindicación 1 o la Reivindicación 2, caracterizada además por el hecho de que el espacio de separación (g) entre la porción conforme a las puntas de la pala y la carcasa, medido en perpendicular a la carcasa, varía no más de más o menos aproximadamente el 20 por ciento por encima de la extensión de esta porción.

4. Una unidad según la Reivindicación 1 o la Reivindicación 2, caracterizada además por el hecho de que la extensión axial completa de la punta de la pala se adapta a la entrada cónica.

5. Una unidad según la Reivindicación 1 o la Reivindicación 2, caracterizada además por el hecho de que el borde delantero de la punta de la pala reposa axialmente corriente abajo del acceso a la conicidad de entrada.

6. Una unidad según la Reivindicación 5, caracterizada además por el hecho de que el borde delantero de la punta de la pala reposa axialmente corriente abajo del acceso a la conicidad de entrada por una distancia menor a aproximadamente 0,04 veces el diámetro del ventilador.

7. Una unidad según la Reivindicación 1 o la Reivindicación 2, caracterizada además por el hecho de que la extensión axial de la porción (464) de la punta de la pala que está corriente arriba de la porción que se adapta a la entrada cónica es menor de aproximadamente 0,3 veces la extensión axial de la punta de la pala completa.

8. Una unidad según la Reivindicación 1 o la Reivindicación 2, caracterizada además por el hecho de que el tambor comprende una porción (242) aproximadamente cilíndrica corriente abajo de la entrada cónica.

9. Una unidad según la Reivindicación 1 o la Reivindicación 2, caracterizada además por el hecho de que la extensión axial de la porción de la punta de la pala que está corriente abajo de la porción que se adapta a la entrada cónica es menor de aproximadamente 0,5 veces la extensión axial de la punta de la pala completa.

10. Una unidad según la Reivindicación 1 o la Reivindicación 2, caracterizada además por el hecho de que el tambor de la carcasa comprende una porción escalonada (243) corriente abajo del borde delantero de la punta de la pala, y el radio de dicha porción escalonada es menor que el del tambor de la carcasa en la posición axial del borde trasero de la punta de la pala.

11. Una unidad según la Reivindicación 1 o la Reivindicación 2, caracterizada además por el hecho de que la diferencia entre el radio del tambor de la carcasa en la posición axial del borde trasero de la punta de la pala y el radio mínimo del tambor de la carcasa no es superior a 0,02 veces el diámetro del ventilador.

12. Una unidad según la Reivindicación 1 o la Reivindicación 2, caracterizada además por el hecho de que las palas del ventilador son aproximadamente radiales vistas desde corriente arriba.

13. Una unidad según la Reivindicación 12, caracterizada además por el hecho de que las palas del ventilador están inclinadas hacia adelante en las puntas por menos de aproximadamente el 3 por ciento del diámetro del ventilador.

14. Una unidad según la Reivindicación 1 o la Reivindicación 2, caracterizada además por el hecho de que las palas del ventilador son oblicuas.

15. Una unidad según la Reivindicación 14, caracterizada además por el hecho de que las palas del ventilador tienen un ángulo de inclinación hacia atrás en regiones donde son de barrido hacia atrás más de aproximadamente 15 grados y un ángulo de inclinación hacia adelante en regiones en las que son de barrido hacia atrás menos de aproximadamente 5 grados o barrido hacia adelante.

16. Una unidad según la Reivindicación 14, caracterizada además por el hecho de que la pala del ventilador es de barrido hacia adelante en la base y de barrido hacia atrás en la punta, y tiene un ángulo de inclinación hacia adelante en la base y un ángulo de inclinación hacia atrás en la punta.

17. Una unidad según la Reivindicación 14, caracterizada además por el hecho de que la pala del ventilador es de barrido hacia atrás en la base y de barrido hacia adelante en la punta, y tiene un ángulo de inclinación hacia atrás en la base y un ángulo de inclinación hacia adelante en la punta.

18. Una unidad según la Reivindicación 1 o la Reivindicación 2, caracterizada además por el hecho de que la distancia entre cada punto sobre la superficie de la entrada cónica y un punto correspondiente sobre una elipse próxima es menor del 0,5 por ciento del diámetro del ventilador.

19. Una unidad según la Reivindicación 18, caracterizada además por el hecho de que un semieje (ax) de la elipse próxima es axial y un semieje (ar) de la elipse próxima es radial.

20. Una unidad según la Reivindicación 19, caracterizada además por el hecho de que el semieje radial (ar) de la elipse próxima está entre aproximadamente 0,4 y 1,0 veces el semieje axial (ax) de esta elipse.

21. Una unidad según la Reivindicación 19, caracterizada además por el hecho de que el semieje axial de la elipse próxima está entre aproximadamente 0,5 y 2 veces la extensión axial de la punta de la pala.

22. Una unidad según la Reivindicación 19, caracterizada además por el hecho de que el semieje axial de la elipse próxima está entre aproximadamente 0,04 y 0,14 veces el diámetro del ventilador.

23. Una unidad según la Reivindicación 19, caracterizada además por el hecho de que el semieje radial de la elipse próxima está entre aproximadamente 0,02 y 0,11 veces el diámetro del ventilador.

24. Una unidad según la Reivindicación 1 o la Reivindicación 2, caracterizada además por el hecho de que el radio del extremo corriente arriba de la porción ajustada de la punta de la pala es entre aproximadamente el 2 por ciento y el 15 por ciento mayor que el radio del extremo corriente abajo de la porción ajustada de la punta de la pala.

25. Una unidad según la Reivindicación 1 o la Reivindicación 2, caracterizada además por el hecho de que el espacio mínimo entre la punta de la pala y la carcasa, medido perpendicularmente a la carcasa, está entre aproximadamente 0,007 y 0,02 veces el diámetro del ventilador.

26. Una unidad según la Reivindicación 1 o la Reivindicación 2, caracterizada además por el hecho de que la distancia axial mínima entre la punta de la pala y la carcasa está entre aproximadamente 0,011 y 0,034 veces el diámetro del ventilador.

27. Una unidad según la Reivindicación 18, caracterizada además por el hecho de que las coordenadas radial y axial de la porción conforme a las puntas de la pala forman una curva, y la distancia entre cada punto en esta curva y un punto correspondiente sobre una elipse próxima es menor de aproximadamente el 0,5 por ciento del diámetro del ventilador.

28. Una unidad según la Reivindicación 27, caracterizada además por el hecho de que la elipse próxima a la forma de la entrada cónica tiene un semieje que es axial y un semieje que es radial y la elipse próxima a la forma de la punta de la pala tiene un semieje que es axial y un semieje que es radial, y el semieje axial de la elipse próxima a la forma de la punta de la pala excede el semieje axial de la elipse próxima a la forma de la entrada cónica en una cantidad igual o superior a la cantidad por la cual el semieje radial de la elipse próxima a la forma de la punta de la pala excede del semieje radial de la elipse próxima a la forma de la entrada cónica.

29. Una unidad según la Reivindicación 1 o la Reivindicación 2, caracterizada además por el hecho de que la longitud de la cuerda de la punta de la pala está entre aproximadamente 0,2 y 0,4 veces el diámetro del ventilador.

30. Una unidad según la Reivindicación 1 o la Reivindicación 2, caracterizada además por el hecho de que la carcasa comprende una cámara impelente (22) corriente arriba del tambor, y corriente abajo del intercambiador de calor, donde el área de la parte frontal del intercambiador de calor cubierta por la cámara impelente es al menos aproximadamente 1,5 veces el área de disco del ventilador.

31. Una unidad según la Reivindicación 1 o la Reivindicación 2, caracterizada además por el hecho de que el ventilador y la carcasa están hechos de plásticos moldeados por inyección.

32. Una unidad según la Reivindicación 31, caracterizada además por el hecho de que la carcasa está moldeada como una parte independiente.

33. Una unidad según la Reivindicación 1 o la Reivindicación 2, caracterizada además por el hecho de que la distancia axial entre el borde delantero de la punta de la pala y el borde corriente abajo del tambor de la carcasa es menor de aproximadamente 0,5 veces la extensión axial de la punta de la pala.

34. Una unidad según la Reivindicación 33, caracterizada además por el hecho de que la distancia axial entre el borde delantero de la punta de la pala y el borde corriente abajo del tambor de la carcasa es menor de aproximadamente 0,3 veces la extensión axial de la punta de la pala.