低速降温扇的制作方法

专利名称：低速降温扇的制作方法
技术领域：
本发明涉及大型建筑中的降温设备，特别是涉及一种大直径低速扇，它可被用来在一个建筑物中以一种均一的方式使很大体积的空气慢慢地循环，以促进建筑物中的个人或动物降温。
背景技术：
在诸如仓库和工厂等大型建筑物中工作的人们通常暴露在不舒适的或为危险的工作条件中。在热天中，内部的空气温度能达到一个值，这时一个人已无法维持健康的体温。并且，在这种环境下发生的很多行为，如焊接或操作内燃机，会产生空气传播的污染物，这对那些在这个环境中的个体是有害的。如果该区域没有很好的通风，空气传播的污染物的后果甚至会被放大到更大的程度。
并不总是能用传统的空调方法来解决大型建筑物的降温问题。特别是大型建筑物中的大体积的空气需要强大的空调设备起作用。如果使用这样的设备，操作费用将是可观的。如果有处于常开状态的大门或需要与外界通风，操作大型空调设备的费用将会变得更大。
通常，当空气调节装置不切实可行，风扇被用来提供某种程度的降温。一台典型的风扇包括多个倾斜的叶片在一个可旋转的毂上呈放射状分布。这样的风扇的端到端的直径通常在3到5英尺。
当一台典型的风扇在一台电机的作用下以较高的速度旋转时，在靠近扇叶的空气和周围的空气间产生了压力差，沿着风扇的旋转轴形成了通常是圆锥形的气流。圆锥形与作用在移动的空气团的边界的拉力一起使气流的模式在下游的位置突然形成散布性的方式。因此，这些类型的风扇向个人提供有效的降温的能力被限制在离风扇一定距离内的人们。
特别是，一台风扇的效果是基于蒸发原理。当一个人的体温上升到了一个临界标准，人体开始出汗。通过蒸发过程，包含了汗液的更为活跃的分子被释放到周围的空气中，因此导致了人体的外部的热能的全面减少。由于蒸发导致的热能的全面减少能抵消人体的热能的正来源，包括新陈代谢活动和与周的高温空气的热传导。
蒸发热量损失的速度高度依赖于周围空气的相对湿度。如果周围空气是不流动的，在人体的皮肤附近形成一层饱和的空气，由于它阻止人体的蒸发作用，所以它显著地降低了蒸发热量损失的速度。
这样，排汗作用增大使人体出大汗。缺乏有效的散热体系导致体温上升到超过一个可接受的标准。
风扇所产生的气流帮助驱散人体的皮肤表面附近的饱和空气并以不饱和的空气取代它。这可有效地使蒸发过程在延长的时期里继续。理想的结果是体温保持在一个舒适的水平。
在大型建筑物中，给个人降温的常规方法是使用很多通常使用的室内风扇。由于物理上的约束，小直径的风扇更被人们所喜欢。特别是，大直径的风扇需要特殊构造的高强度、重量轻的叶片，叶片可承受随着叶片的长度和宽度的纵横比的增加而造成重大的重力力矩的增加而导致的巨大应力。另外，事实上风扇的转动惯量按着直径的平方增加，这就需要使用产生高扭矩的减速装置。并且，由于常规的电机在启动阶段时产生的巨大扭矩，伺服元件很容易导致机械故障。
使用传统的小直径的风扇来产生一个持续的空气流动的缺点是产生的气流在下游的位置显著地减弱。这是由于该气流的圆锥形特性和包含在气流中与作用在圆锥的边缘的抵抗的拉力相比相对小块的空气。为了在一个大的非隔离的建筑物中得到一个充足的气流，需要很多小直径的风扇。但是，同时使用这些设备所消耗的巨大电能抵消了它们作为一种便宜的降温系统的优势。并且，在一个封闭的空间里使用很多风扇也可导致增加的空气动荡，它能减少建筑物中的空气流动，从而减小风扇的降温作用。
为了在大型建筑物中不依靠不切实际的大量的小直径的风扇就取得充足的气流，小数量的风扇通常工作在很高的速度下。可是，虽然这些类型的风扇能在很短的时间内转移大量的空气，它们是以令人不想要的方式进行的。特别是，一个小型高速风扇把相对少量的空气以相对高的速度移动。因此，临近风扇的气流的速度和产生的噪音水平都很高。另外，重量轻的物体，如纸张，会被高速气流移动，因此会对工作环境导致重要破坏。
高速风扇的另一个问题是它们不能有效地以一种稳定而连续的气流模式产生一大团封闭的空气。特别是，假想一个理想状态的薄片状的气流，一个风扇的能耗与风扇所产生的空速的立方成正比。因此，一个可产生相应的高速空速的电动高速风扇，以相对大的速度消耗电能。另外，气体的动荡的影响会因气流的速度的增加而变得更为显著，使一个高速风扇的气流所带的转换动能被消耗在相对小体积的空气中。因此，虽然相对多的电能被高速风扇消耗了，但是在离风扇远的地方只产生了可忽略的气流。
为了克服气流不足的问题，有时会使用更多的高速风扇。可是，这种做法会更增加周围的噪音和运行费用。另外，快速移动的空气的区域被扩展了，因此对暴露的个人造成伤害的风险也增加了。特别是，如果空气移动得足够快，外来的物体可变成腾空的，因此会产生危险的情况。纸张和其他的物体也会被严重影响。并且，如果空气温度高于人体的体温，而空气移动得比驱散边界层所需的速度快，就会因从温度较高的空气向温度较低的人体皮肤热流动的速度的增加，而明显地降低降温效果。
除了降温之外，用来去除浮在空气中的污染物如排气或烟的通风系统依赖于风扇。典型的通风系统包括一组位于建筑物周边的高速风扇。可是，前面提到的高速风扇的问题使用于高速通风扇。最严重的问题是建筑物内的一些区域未被很好地通风。
为了改善通风，高速室内风扇有时被用来在整个建筑物的体积里分配污染物。可是，早些时候提到的高速室内风扇系统的局限性适用于通风系统的问题。特别是，高速室内风扇很吵、低效，给某些区域提供的气流不足，而给区它区域提供不希望的大气流。
如上所述，非常需要有一种节省费用的可在大型建筑物中有效地运行的降温设备。而且，对非常有效率且不会因过分的噪声或高速气流打扰工作环境的设备有一种需求。

发明内容
本发明的方法满足了上述的需求，在一个实施例中的方法包括在工业建筑物的天花板上结构一个带有多个长度最少在10至12英尺的叶片的风扇并使风扇旋转，这样在与风扇临近的地方产生一个大约20至24英尺的移动气柱。在一个实施例中，风扇的旋转使在离风扇10英尺的地方产生了一个大约3至5英里每小时的速度，这样风扇使一个体积的空气以一种模式贯穿工业建筑物流动，这样在这种模式下的空气破坏了与人体相邻的空气边界层，促进汗从人体蒸发。在一个实施例中，结构风扇的步骤包括在工业建筑物的天花板上结构多个包含多个长度大约在10英尺的叶片的风扇，建筑物中每平方英尺中这样的风扇的比率是大约每10000平方英尺一台风扇。在另一个实施例中，使风扇旋转产生一个体积的空气以一种模式流动的步骤包括使空气在一个圆柱中流动，通常是向下朝着建筑物的地面，接着从圆柱向外横向传播。
本发明的另一方面，上述的需求被本发明的风扇结构所满足，它包括一个支架，一台电机，一个毂和多个扇片。支架被用来把风扇安装在工业建筑物的屋顶上。电机被与支架相连，并与一个可旋转的轴啮合，用来使轴旋转。多个叶片被安在可旋转的轴上，大约有10英尺长并有机翼横截面。电机被用来使叶片以每分钟50转旋转，这样多个风扇叶片产生了一个圆柱形移动空气，它的直径大约为20英尺，在与风扇叶片相邻的地方。在一个实施例中，10英尺长的叶片以每分钟一定转数旋转，这样在离叶片大约10英尺的地方的空气的速度，以英尺每分钟计算，与每分钟转数的比值为大约在5比1和9比1之间，这样形成了一个移动体积的空气，它以循环形式贯穿了工业建筑，它破坏了与人体相邻的空气边界层，促进汗从人体蒸发。
如上所述，很明显本发明的风扇结构提供了一种在大型非隔离建筑物中使人体降温的安静而省钱的方法。本发明的风扇结构的效力是基于它以最小限度的机械能消耗提供一种贯穿建筑物内部柔和而稳定的气流的能力。因此，本发明的风扇结构冲淡了浓缩的空气污染物，帮助在建筑物的内部保持可呼吸的空气。这些以及本发明的其他目的和优势将在下面的与图结合的说明中变得更加明显。
附图描述

图1是本发明的低速降温扇结构的透视图，它描述的是把风扇安置在邻近一个大型商用建筑物的屋顶的地方。
图2是透视图，它描述了图1中的低速降温扇结构所产生的气流模式。
图3A是图1的低速降温扇结构的侧视图。
图3B是图1的低速降温扇结构的下部的放大侧视图。
图4A是第一支撑板的的平面图，它描述了图1的低速降温扇结构的电机支架的一些结构元件。
图4B是图1的低速降温扇结构的电机支架的单独侧视图。
图5A是图1的低速降温扇结构的电机的侧视图。
图5B是轴向图，它是被一个观察者沿着图1的低速降温扇结构的电机机架的轴直接向下看得到的。
图6是是轴向图，它是被一个观察者向上看图1的低速降温扇结构而得到的。
图7是图1的低速降温扇结构的一个叶片的平面图。
图8是图1的低速降温扇结构的毂的平面图。
图9是图1的低速降温扇结构的一个单叶片支撑的剖面图。
图10是一个单独的叶片的剖面图，它描述了图1的低速降温扇结构的一个单叶片的的截面形状。
图11是一个风扇的剖面图，它描述了由图1的低速降温扇结构所产生的空气动力学的力。
具体实施例方式
我们将参考各图，数字代表着相应的部分。图1显示了在一个典型的仓库或工业建筑物结构中的首选实施例的低速风扇结构100。低速风扇结构100可被联接到任何适合的预先存在的支撑结构或任何适合的附加部分上，这样低速风扇结构100的旋转轴是沿着垂直的方向。图1显示了低速降温扇结构100被联接到附加部分101上，附加部分被用常规的扣件，如螺母、螺钉和焊接等众所周知的技术，与仓库的天花板110上的结构点104相连。
一个控制盒102通过一根标准的动力传输线与低速风扇结构100相连。控制盒102的目的是以下面将进一步描述的方式向低速风扇结构100提供电能。如图1所示，低速风扇结构100被结构在离地面105很高的地方，这样风扇100可使建筑物的居住者降温。正如下面将做的更具体的描述，低速风扇结构100有很大的尺寸且能产生大块的移动空气，这样，就贯穿建筑物形成了圆柱形且向对慢的移动空气，使建筑物的居住者降温。
特别是，如图2所示，当一个使用者通过在控制盒102中输入适当的输入使低速风扇结构100进入运作模式，在建筑物内部106形成了一股均衡柔和的循环气流200(图2)。一般来说，循环气流200开始是一股大的向下相对缓慢移动的气流202。因为它的大量的惯性块和下面将做进一步描述的它以柱形的形式离开低速风扇结构100，所以气流202能通过巨大的开放空间。因此，气流202在很大程度上没受到阻碍、带着大量的惯性块，就接近了位于低速风扇结构100下面的地面区域212。
在到达地面区域212后，气流202随后变成了向外移动的下部水平气流204。下部水平气流204由仓库的墙214引导成向上的气流206，它进一步由仓库的天花板110引导成上部向内移动水平气流210。在到达风扇结构100之上的区域216，气流210中的回流空气被风扇结构100的作用再一次向下引导，因此重复了循环。风扇结构100所产生的持续的循环气流200为在仓库内部106工作的人们提供了更加愉快的工作环境。如上所述，在温暖的环境中，居住者开始出汗，在靠近居住者的皮肤的地方产生了充满湿气的边界层。如果没有气流，边界层未被破坏，就会抑制居住者的汗的进一步蒸发。气流200通过用未饱和的空气取代人体皮肤附近的充满湿气的空气，使更多的蒸发降温发生，从而向居住者提供舒适。并且，风扇结构100所产生的循环气流200通过在仓库内部均衡地分配污染物，能显著地减少气浮污染物的有害影响。另外，风扇结构100产生的噪音很小，它所产生的循环气流200对工作环境的影响是最小的。下面的讨论中，风扇结构100能以很低的成本提供这些好处更加令人欣赏。
参照图3到图11将对低速风扇结构100做进一步描述。图3A显示了低速风扇结构100的详细的侧视图。图3B是风扇结构100的放大侧视图，它具体描述了下部。
风扇结构100从支撑架302接受机械支撑。支撑架302包括一个上部水平钢板322，它被用来与邻近建筑物的天花板的适当的水平支撑结构相连，这样使支撑结构与板322的第一表面366接触，使风扇结构100被结构在邻近天花板的地方。在一个实施例中，板322被用螺栓与天花板支撑架锁紧，这样风扇结构100以图1中所显示的相同方式从建筑物的天花板上垂下来。
每一对支撑梁326a、326b的第一末端325与板322的第二表面370焊接在一起，这样它沿着与板322垂直的平面延伸。一个下部水平钢板324被沿着板324的第一表面372与支撑梁326a、326b的第二末端335焊接在一起，这样第二水平板324的平面垂直于支撑梁326a、326b的轴。第二水平板324包含一个开口327，它允许有一个机架376的电机304被安装在邻近板324的表面372的框302中。这使电机304的从电机机架376伸展出来的轴306伸展通过开口327，以至和板324的第二表面374相邻。
电能沿着标准电力传输线通过位于电机304的机架376的上部周界的接线盒360从控制盒102传送到电机304。电扇结构也包括一个结构板330，它是一块圆形钢盘，它整体与机架376相连与轴306相邻并位于一个与轴306垂直的平面里。如图3A和图3B所示，结构板330被放在电机机架376和支撑架的第二支撑板324之间。在首选的实施例中，电机304被用来接收变频的交流电源，这使电机304可产生变化的扭矩。通过使用交流设备，可避免使用在直流电机中发现的有问题的电极转换刷。电机304进一步包括一个内值的齿轮减速装置，它提供必要的机械上有利的条件以驱动巨大的风扇结构100。
在首选实施例中所使用的电机304由美国住友机械公司制造，它的型号为CNVM-8-4097YA35。首选的实施例中使用的电机304的最大能耗率为370瓦。
在首选的实施例中，控制盒102是以美国住友机械公司制造的型号为NT2012-A75的带变频控制的交流电源形式来实现的。一个数字操作员界面允许用户选择不同的运行条件。例如，用户可通过指示控制盒102产生一个频率逐渐上升的交流电压来选择初始启动，这样可防止电机304损坏风扇结构100。在另一个例子中，用户可通过指示控制盒102产生一个频率固定为60赫兹交流电压来选择最大的持续速度。在另一个例子中，用户可通过指示控制盒102产生一个固定频率小于60赫兹的交流电压来选择减小的持续速度。
首选实施例中使用的控制盒102还提供其它优势。例如，控制盒102可被中控站从远程操作。标准的模拟输入也允许该装置很容易地从温度计、相对湿度测量设备盒空速监视器接收控制输入。
如图3A所示，电机304被直接结构在支撑架302上，这样可给风扇结构100提供一个驱动扭矩。特别是，电机304的结构板330的第一表面502(看图5A和5B)被放在与支撑架302的第二支撑板324的第一表面372相邻的地方。并且，电机304的旋转轴，由电机轴306的延长轴定义，它的方向垂直于板324的平面。另外，从结构板330(图5A和5B)的第一表面502延伸出来一个凸起部分504齐平地位于板324的开口327内。正如下面将更详细地介绍，安装板330被按上述方式放置，被多个扣件固定在板324上，这样电机304被固定在支撑架302上。
电机轴306把扭矩从电机304传到结构在轴306上的毂312。在本实施例中，毂312是一个单铸件铝片，圆盘状，被用来固定一组风扇叶片316。正如下面将更详细地介绍，毂312被结构在轴306上，它为多个风扇叶片(看图6)提供了结构位置，这样电机轴306的旋转将导致风扇叶片316的旋转。毂312包括一个圆平的中心部分346，它通常从轴306呈放射状向外伸展，这样就定义了一个平面并包括一个内表面352和一个平行的外表面356(图3B)。如图3B所示，一个圆柱形对称的凸缘部分342从中心部分346沿着与中心部分346的平面正交的方向向内伸展。凸缘部分342定义了一个圆柱形对称的开口344，它被用来容纳电机轴306和一个锁定夹310。在一个实施例中，锁定夹310由Fenner Trantorque生产，型号为62002280。在中心部分346的外部354，有一个对称的多边形轮缘部分350从中心部分346的内表面352沿着与中心部分346的平面正交的方向向上延伸。
在中心部分346的内表面352沿着放射状的方向形成多个窄结构的肋材362，它们把内表面352和凸缘部分342轮缘部分350相连。在本实施例中，从表面356沿着垂直于表面356的方向测量，在轮缘部分350和在凸缘部分342和沿着任何一个结构肋材362，毂312的高度基本一致。
多个叶片支撑314从轮缘部分350的外表面380伸展出来，这样它们从电机轴306所定义的轴向外呈放射状伸展，伸出的长度大约为15英寸。叶片支撑314呈短桨形状，被用来塞入多个风扇叶片316的末端，从而提供一种把叶片316结构到毂312上的方法。下面对风扇叶片进行更完整的讨论，其中包括它们的安装过程。
通过把毂312放在垂直于轴306的平面里使毂312处于结构位置，这样内表面352对着电机304。毂312被定位了，这样轴306伸展通过凸缘部分342的开口327，直到轴306的第一末端364大约与毂312的中心部分346的外表面356共面。毂312的位置确定后，用夹310以此技术中熟知的方式把毂312固定在轴306上，这样在毂312电机轴306之间不会有滑动。
一组安全固定器320被用来在紧急情况下支撑毂312和一组风扇叶片316的组合重量。在本实施例中，每一个安全固定器320本质上是宽度大约为1英寸的高强度的铝质U形片。每一个安全固定器320包括一个直的第一部分332和一个直的第二部分334，它从第一部分332垂直伸展出来，和一个直的第三部分336，它从第二部分332垂直伸展出来，从而完成了安全固定器320的U形结构。
通过把第一部分332沿着中心部分346的内表面352放置，每一个安全固定器320被结构在毂312上，这样第二部分334被齐平地放在与中心部分346的轮缘部分350相邻的位置。第一部分332呈放射状被排列在内表面352上，第一部分332被用多个螺栓340固定在中心部分346上，因此安全固定器320被固定在毂312上。
在被固定的状态下，每一个安全固定器320都被用上了，这样第三部分336伸展超过支撑架302的第二支撑板324一定量，这使当毂312从风扇结构100脱开时，多个安全固定器320能独立支撑毂312。特别是，当毂312从电机304的轴306脱开时，例如夹310失效，或当轴306断裂时，安全固定器320的第三部分336将抓住第二支撑板324的第一表面372。这样，安全固定器320将阻止毂312和连在上面的风扇叶片316落在地上。并且，每一个安全固定器320也被用这样一种方式安装，即此方式阻止第三部分336与支撑梁326a、326b接触，当风扇结构100运行正常时，它通常位于第二支撑板324的第一表面372之上。
在首选的实施例中，有4个安全固定器320彼此间隔90度。当风扇结构100象图1所示，被以垂直方式结构，如果毂312与轴306脱开，安全固定器320将为毂312提供一种支撑，因此，阻止毂312掉在地上。
三个涉及到支撑架302的单独视图分别为图4A、4B和4C，它们进一步阐述了支撑架302的元件。如图4A所示的第一支撑架322的平面图，板322包括多个结构孔400，它们被用来把风扇结构100连到一个适合的悬垂结构上。在本实施例中，结构孔400均一地分布在板322四周，这样每一个结构孔400基本位于板322的中心和边缘之间的中心点。
板322进一步包括一对矩形区域402，它定义了板322和每一个支撑梁326a、326b(图4B)的第一末端325之间的焊接模式。如图4A所示，这对矩形区域402彼此对齐，位于离开板322的中心的末端，中心是这对矩形区域402之间的中点。
如图4C所示的第二支撑板324的平面图，板324包括多个均匀分布的结构孔416，这样在本实施例中，每一个孔416离开板324的中心大约为67毫米。结构孔被用来把电机304固定在板324上。板324的开口327是一个居中的圆形的孔，直径大约为55毫米，如上所述，被用来容纳电机304的凸起部分504。
板324进一步包括一对矩形区域404，它定义了板324和每一个支撑梁326a、326b(图4B)的第二末端335之间的焊接模式。这对矩形区域404彼此对齐，位于离开板324的中心的末端，中心是这对矩形区域404之间的中点。
将参照图5A和5B，它们包括电机304(图5A)的侧视图和由一个观察者向电机轴306看而得到的电机304的末端视图(图5B)。特别是，图5A和图5B都描述了从结构板330的表面502伸展出来的凸起部分504，这样凸起部分504平行于结构板330。如上所述，凸起部分504被平齐地安在支撑架302的第二直承板324的开口327中。如图5B所示，电机304的结构板330上有多个结构孔500(图5B)，它们均匀地分布在靠近结构板330的边缘的地方。特别是，如图3A所示，当电机304被放在支撑架302中，结构孔500被与板324的结构孔416对齐。因此，在图3A的构造中，可通过以此技术中所熟知的方式用多个标准的螺钉穿过孔500和416把电机304固定在支撑架302上。图6是从下面看而得到的风扇结构100的视图，它说明了毂312和从毂312伸展出来的一组叶片支撑314和从叶片支撑314伸展出来的一组风扇叶片316之间的关系。每一个风扇叶片316以导致叶片均匀分布的方式、垂直于电机轴306所定义的风扇结构100的旋转轴伸展。在本实施例中，这组风扇叶片316覆盖了这组叶片支撑314，因此遮蔽了这组叶片支撑314的视图。
在首选的实施例中，风扇结构100的直径可以是15英尺到40英尺之间，最好是在20到40英尺之间。风扇叶片的长度是最少大约为7.5英尺，最好是至少大约10英尺。这导致每个风扇叶片316的纵横比在15∶1到40∶1之间，最好是20∶1到40∶1之间。当风扇结构100在正常条件下运行，电机的驱动率是固定的，这样叶片尖的速度大约为50英尺每秒。
图7显示了从下面观察时一个单独叶片的放大视图。在本实施例中，每一个风扇叶片316都是中空的铝质窄长片。每一个风扇叶片316包括一个与叶片316的内边缘714相邻的第一开口710和一个与叶片316的外边缘716相邻的第二开口712。多个被用来把风扇叶片固定在毂312的叶片支撑314上的结构孔700位于离开开口710很近的地方，这将在下面说明。
在本实施例中，风扇叶片316由强迫铝挤压的方法生产。这样就可以以便宜的方式生产出重量轻且具很可观的结构完整性的风扇叶片。它也使风扇叶片被很便宜地造为机翼形。在本实施例中，每一个风扇叶片316被制造成沿着它的长度有一致的截面。可是，附加的实施例可使挤压的铝具有不一致的截面。
通过在风扇叶片上用标准的扣件结构一个锥形的副翼704，可改进风扇叶片316的空气动力学的性质。副翼704本质上是重量轻的长而平带有锥形末端的刚性材料带。副翼704导致来自风扇结构100更均衡的气流，这将在下面进一步讨论。
一个帽702被用标准的扣件结构在位于风扇叶片316的第二边缘716的第二开口712内，因此，在提供了一个最接近第二边缘716的连续的外表面。在一个实施例中，帽包括一个最小的结构，它本质上与风扇叶片316的截面区相匹配。在其他实施例中，帽进一步包括附加的空气动力学的结构，如一个溢出盘。在其他实施例中，帽被用来把附加的结构支撑件，例如一个圆环，加在风扇结构100的周围。
在图8中显示的是一个沿着平行于轴306的线看而得到的毂312的内面的放大视图。如图所示，多个肋材362从凸缘部分342伸展到多边形轮缘部分350。
可以看到每一个肋材362与轮缘部分350在叶片支撑314的中线相连。每一个肋材362是用来阻止由相应的风扇叶片316施加的巨力传到毂312后对毂312的结构的完整性造成破坏。如图8所示，平面的数量，它包括多边形轮缘部分350的外表面380，等于从毂312的轮缘部分350的外表面380向外呈放射状伸展的叶片支撑的数量。这种安排为每一个叶片支撑314和相邻的外表面380提供了垂直的关系，因此，使风扇叶片316被以下面将进一步讨论的方式平齐地结构在毂312的外表面380上。在本实施例中，毂312一共包括10个叶片支撑，10个外表面380和10个肋材362。
毂312进一步包括多个第一结构孔800，它们位于沿着叶片支撑314的中线地方。多个孔800被用来与标准扣件一起把多个风扇叶片316固定在多个叶片支撑314上。通过把风扇叶片316的内开口安装到相应的叶片支撑314上，每一个叶片316被结构到毂312上，这样风扇叶片316的内边缘714被平齐地结构到与毂312的轮缘部分350的外表面380相邻的地方。每一个风扇叶片316被用结构孔700和叶片支撑314的一组结构孔800和一组标准扣件以此技术中所熟知的方式结构到一个叶片支撑314上。
毂312进一步包括多个第二结构孔802。多个第二结构孔802对称地呈放射状分布在毂312的中心部分346上。孔802被用来与安全固定螺栓340一起以此技术中所熟知的方式把安全固定器320固定在毂312上。
图9所示的是一个观察者沿着毂312的中心部分346的平面向着毂312的中心看，去掉风扇叶片316后而得到的一个叶片支撑的放大的剖面图。每一个叶片支撑314本质上是短桨结构，它从多边形轮缘部分350的外表面380以垂直的方式伸展出来。并且，每一个叶片支撑314以下面描述的方式倾斜出毂312的平面。
每一个叶片支撑314包括一个宽的中心部分900，它位于一个高架的锥形部分902和一个下部的锥形部分904之间，它与毂312的中心部分346的平面的夹角为θ。在此，θ被定义为中心部分900的下部表面906和相邻的多边形轮缘部分350的表面380交线，与平行于毂312的中心部分346和相邻的平面380的直线之间的夹角。这使风扇叶片被以一个相应的等于θ角度被结构。在另一个实施例中，角度θ对于所有叶片支撑314都等于8度。当风扇结构100在旋转，图9中所示的叶片支撑314会行进，它的高架的部分902引导着下部904行进。每一个叶片支撑314的中心部分900本质上是矩形的，因此被下部表面906和平行的上部表面910所限定。正如下面要进一步描述的，中心部分900的矩形形状为风扇叶片316提供了一个有效的结构结构。
图10显示了一个观察者向第二开口712看所得到的风扇叶片316在长度上的任意位置上的的剖视图。风扇叶片包括第一弯曲壁1024，第二弯曲壁1026和一个腔体1022。两个壁1024、1026在主汇合处1031和后汇合处1032相交。在后汇合处1032，两个壁1024、1026以一种持续的方式结合成第三个壁1030。第三个壁1030延续到它到达后边缘1014。第一表面1006在壁1024的外部形成，它以无缝的方式持续到壁1030的外面，直到到达后边缘1014。第二表面1010在壁1026的外部形成，它以无缝的方式持续到壁1030的外面，直到到达后缘1014。两个表面1006和1010在主边缘1012相交。腔体1022主要包括一个矩形宽的中心部分1000。一个平的第三表面1016在部分1000的区域的壁1024的内表面形成且一个平的第四表面1020在部分1000的区域的壁1030的内表面形成。因此，平的内表面1016和1020相互平行。
每一个风扇叶片316使风扇叶片316的内部的宽的中心部分1000的形状精确地与相应的叶片支撑314的中心部分900相匹配。因此，当风扇叶片316被插在相应的叶片支撑314上时，并用多个扣件连上时，就实现了固定安装。并且，由于平的表面比曲面容易制造，这种联接方式是省钱的。
两个外表面1006和1010被用来形成机翼形状。在一个实施例中，机翼形状是基于参考号为FX 62-K-131的德国飞机机翼的形状。由于挤压成型的生产过程的结构限制，很难使风扇叶片316的形状做成最佳的机翼形状。特别是，很难延伸第三壁1030来与首选的机翼形状匹配。当副翼704被以平滑而连续的方式沿着后边缘1014被结构到第三壁1030，它本质上是充当第三壁1030的一个延伸，因此更与机翼形状匹配。如果副翼704(图7)是锥形的，这样它在靠近内边缘714的地方是宽的靠近外边缘716的地方是窄的，一个改进的设计可被实现。通过使副翼704逐渐变细，叶片的形状随减小的半径变得愈加理想。上述的关系用来补偿随半径的减小而减小的叶片速度，因此在整个风扇结构100上导致了更均衡的气流。
当风扇结构100在一运行模式下时，图11中所示的风扇叶片316的截面图像以一个仰角按顺时针方向翘起，它运行时主边缘1012在前面。根据固定在一个风扇叶片316上的观察者，风扇叶片316的运动分别在沿着表面1006和1010产生气流1100和1102。每一个风扇叶片316的机翼形状使上部气流1034的速度比下部气流1036的大。因此，在下部表面1010上的压力比上部表面1006的大。
风扇叶片316所产生的明显非对称的气流导致一个向上的升力F升力。因此一个向下的反作用力F垂直被每一个风扇叶片316施加到周围的空气。并且，风扇叶片316的机翼形状使作用在每一个风扇叶片316上的F水平被减小到最小，因此，风扇结构100所产生的气流沿着风扇结构100的旋转轴接近于一个圆柱形气流。
在首选的实施例中，风扇结构100能产生柔和的直径为20英尺的圆柱形气流。气流的圆柱形特性与它的巨大的惯性团结合使气流可跨越巨大的空间。因此，风扇结构100能提供范围广的循环气流，它能使大型仓库环境中的个人降温。在首选的实施例中，上述的能力是在非常低的能耗率---370瓦每10000平方英尺的建筑空间下取得的。
在使用风扇结构100的原型的重复试验中，由申请者进行空气速度测量。风扇结构100的原型有一个外直径，从每一对相对的风扇叶片316的外边缘716到外边缘716测量，它等于20英尺，包括10个风扇叶片。在风扇叶片316的顺风方向离开叶片10英尺的地方测的多组单独的空气速度的测量平均值是3至5英里每小时。在风扇叶片316的顺风方向离开叶片2英尺的地方测的最大的空气速度被发现不超过6英里每小时。
贯穿这个申请者所做的试验，当电机204仅消耗370瓦的能量时，风扇叶片316的外边缘716的速度被保持在36英里每小时。一个直径为20英尺的圆柱形气流被产生，它足以为10000平方英尺的包含了风扇结构100的仓库提供降温。
在设计风扇结构100所涉及到的技术难题已被加进革新的设计功能所克服。特别是，用挤压铝技术生产巨大的风扇叶片。该方法导致风扇叶片316结实、重量轻且制造成本低。该方法也使风扇叶片316可被造为机翼形，导致可以生成圆柱形气流。并且，在风扇结构100中所使用的电机304是一个紧凑的单位，它包括一个内置减速机构，它能使电机304产生风扇结构100所需要的巨大扭矩。电机304也是一个可控的设备，它能在启动时产生一个柔和的力矩，因此能减少风扇结构100中的机械应力。并且，电机304也为减速运行提供一个稳定而减小的扭矩。另外，通过包含多个在毂312与风扇结构100脱开时，被设计用来支撑毂312和多个风扇叶片316的安全固定器，风扇结构100的安全性被提高了。
虽然本发明的首选实施例已经说明、描述并指出了被应用到实施例中时发明的基本的新特征，但是我们知道那些精于此技术的人也许会在不偏离本发明的精神的基础上对所描述的设备的细节的形式上做出各种省略、替代和变化。因此，发明的范围不应被限制在上面的描述中，而应被附加的权利要求所定义。
权利要求
1.一种使工业建筑物中的人体降温的方法，方法包括工业建筑物的天花板上结构一个带有多个长度最少在10至12英尺的叶片的风扇；并使风扇旋转，这样在与风扇临近的地方产生一个大约20至24英尺的移动气柱，风扇的旋转使在离风扇10英尺的地方产生了一个大约至5英里每小时的速度，这样风扇使一个体积的空气以一种模式贯穿工业建筑物流动，这样在这种模式下的空气破坏了与人体相邻的空气边界层，促进汗从人体蒸发。
2.在权利要求1的方法中，其中结构风扇的步骤包括在工业建筑物的天花板上结构多个包含多个长度大约在10英尺的叶片的风扇，建筑物中每平方英尺中这样的风扇的比率是大约每10000平方英尺一台风扇。
3.在权利要求2的方法中，其中结构风扇的步骤包括结构多个各含10个叶片的风扇。
4.在权利要求1的方法中，其中结构风扇的步骤包括结构一个带多个由铝挤压技术制造的叶片的风扇。
5.在权利要求4的方法中，其中结构风扇的步骤包括结构一个带多个截面被造为一致的叶片的风扇。
6.在权利要求1的方法中，其中结构风扇的步骤包括结构一个带多个有第一表面和第二表面的叶片的风扇。
7.在权利要求6的方法中，其中结构风扇的步骤包括结构一个带多个叶片的风扇，每一个叶片有第一表面和第二表面，它们结合形成机翼形状，这样提高了风扇所产生的气流的圆柱特性。
8.在权利要求7的方法中，其中结构风扇的步骤包括把多个副翼结构到多个叶片上，每个副翼有第三和第四表面，这样以一种导致改进的机翼设计的方式延伸了每一个叶片的第一和第二表面的区域。
9.在权利要求8的方法中，其中结构风扇的步骤包括结构多个副翼，每一个副翼有一个锥形轮廓，它导致一种机翼设计，这在更靠近风扇的旋转轴的地方变得更理想，因此可补偿在离开风扇的旋转轴更近的地方减小的风扇速度，这样可改善风扇所产生的气流模式的均匀性。
10.在权利要求1的方法中，其中结构风扇的步骤包括把多个叶片以垂直于旋转轴的方式以等于8度的仰角结构到一个风扇上。
11.在权利要求1的方法中，其中结构风扇的步骤包括用第二种连接方式结构一个带多个叶片的风扇，这种方法是用来在首要的连接出现故障时支撑多个扇片。
12.在权利要求1的方法中，其中使风扇旋转致使一个体积的空气以一种模式流动的步骤包括使空气在一个圆柱中流动，通常是向下朝着建筑物的地面，接着从圆柱向外横向传播。
13.在权利要求1的方法中，其中使风扇旋转致使一个体积的空气以一种模式流动的步骤包括使空气在一个圆柱中流动，通常是向下朝着建筑物的地面，接着从圆柱向外横着向多面墙传播，接着向上朝着屋顶行进，接着横着向内向着风扇行进。
14.在权利要求1的方法中，其中使风扇旋转致使一个体积的空气以一种模式流动的步骤包括使风扇旋转，这样在离叶片大约10英尺的地方的空气的速度，以英尺每分钟计算，与以每分钟转数计算的风扇的转速的比值为大约在5比1和9比1之间，这样形成了一个移动体积的空气，它以循环形式贯穿了工业建筑，它破坏了与人体相邻的空气边界层，促进汗从人体蒸发。
15.一种使工业建筑物中人体降温的风扇结构，该结构包括一个用于把风扇结构安装到工业建筑物的屋顶上的支撑。一个与支撑相连的电机，电机与一个可旋转的轴相连，这样可引导轴的旋转。多个风扇叶片被装在这个可旋转的轴上，每一个风扇叶片的长度是最少大约为7.5英尺并有一个机翼截面，电机被用来使风扇叶片以大约50转每分钟旋转，这样多个风扇叶片在紧挨风扇的地方产生一个移动的气柱，它的直径是大约20英尺，在离风扇大约10英尺的地方产生了一个大约3至5英里每小时的空气速度，这样风扇使一个体积的空气以一种模式贯穿工业建筑物流动，这样在这种模式下的空气破坏了与人体相邻的空气边界层，促进汗从人体蒸发。
16.在权利要求15的风扇结构中，其中多个风扇叶片被连接到与轴相连的毂上。
17.在权利要求16的风扇结构中，其中毂包括多个安全固定器，它们被设计用来当毂与轴分开时，支撑毂和多个风扇叶片的重量。
18.在权利要求17的风扇结构中，其中多个安全固定器包括4个安全固定器。
19.在权利要求15的风扇结构中，其中多个风扇叶片包括10个叶片。
20.在权利要求16的风扇结构中，其中每一个风扇叶片都是采用铝挤压技术制造的。
21.在权利要求17的风扇结构中，其中每一个风扇叶片都被制造为有一致的衡截面。
22.在权利要求15的风扇结构中，其中多个副翼被装在多个叶片上，这样可改善每个叶片的机翼设计。
23.在权利要求22的风扇结构中，其中多个副翼被以一种导致一种机翼设计的方式逐渐变细，这在更靠近风扇的旋转轴的地方变得更理想，因此可补偿在离开风扇的旋转轴更近的地方减小的风扇速度，这样可改善风扇所产生的气流模式的均匀性。
24.在权利要求15的风扇结构中，其中把多个叶片以等于8度的仰角结构。
25.在权利要求15的风扇结构中，其中使多个风扇叶片旋转，这样在离叶片大约10英尺的地方测量的空气的速度，以英尺每分钟计算，与以每分钟转数计算的风扇的转速的比值为大约在5比1和9比1之间，这样形成了一个移动体积的空气，它以循环形式贯穿了工业建筑，它破坏了与人体相邻的空气边界层，促进汗从人体蒸发。
全文摘要
一种被设计用来使大型工业建筑物中的人体降温的低速降温扇。一种直径在15到40英尺,包含多个叶片,每一片的形状是逐渐变细的机翼形,它由一台电机驱动产生一个非常大而慢的移动气柱。移动气柱在建筑物的内部产生了一个均一柔和的循环气流模式,因此,促进了在建筑物内的各个地方的人体的自然蒸发的降温过程。
文档编号F04D29/38GK1341064SQ00803977
公开日2002年3月20日 申请日期2000年2月11日 优先权日1999年2月19日
发明者韦尔特·K·博伊德, 威廉·C·费尔斑克 申请人:机械系统公司