[发明专利]低速降温扇

说明书

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。