羽根のない扇風機の風はどこから来るのでしょうか?

国内の一部地域では今も暑さと湿気が続いており、涼を取るために欠かせないのがエアコンと扇風機です。しかし、エアコンを長時間つけていると息苦しさを感じてしまうので、エアコンよりも扇風機の自然な風を好む人もいます。近年、奇妙な見た目の扇風機、つまり羽根のない扇風機が市場に登場しました。私たちがよく知っているファンとは違います。柱に大きな輪っかが取り付けられているように見えますが、輪っかの部分が空いていて涼しい風が吹き出します。

羽根のない扇風機を体験したことがありますか？

画像出典：Zhihu @卡卡聊家电

ファンブレードなしでどうやって風を送れるのか、と疑問に思う人も多いでしょう。この「ブラックテクノロジー」とは何でしょうか?今日は、羽根のない扇風機の秘密を明かします。

01

羽根のない扇風機にも羽根は付いていますか？

近くに羽根のない扇風機がある場合は、近づいて注意深く観察してみてください。電源を入れると、大きなリングの内側の隙間から高速の気流が吹き出します。下のベースには空気穴がいくつかあります。手を近づけると、なんとなく吸引力を感じることができます。すべての兆候は、何らかの装置によってベースから空気が吸い込まれ、リングの隙間から吹き出されることを示しています。実際、このプロセスは、ブレードレスファンの中核である遠心圧縮機に依存しています。瞬時に空気を吸い込み、空気を加圧し、上部の円形リング内のチャネルに空気を流し続けることができます。これらの機能には、遠心圧縮機内のモーターとインペラの連携が必要です。

遠心圧縮機は継続的に空気を吸い込み、輸送のために加圧することができる。

画像出典：某ブランドの販促資料

インペラ？この時点で、羽根のない扇風機は、羽根が内部に隠された扇風機にすぎないのではないか、と言う人もいるかもしれません。このブレードはあのブレードと同じではなく、動作原理が異なることに注意してください。従来の扇風機の羽根は、湾曲した形状を利用して羽根付近の空気を「切り」 、回転時に前方に押し出すことで、直接私たちに吹き付ける風を作り出します。一般的な家庭用扇風機の羽根は、1 分間に約 1,000 回回転します。遠心圧縮機が作動しているとき、内部のインペラはモーターの駆動により毎分 50,000 回回転します。さらに、そのスピードは普通の扇風機の100倍にも達します！高速回転する羽根車の駆動により、遠心力により空気は中心から端に向かって飛ばされます。

インペラは、流入時のブレード間の距離が狭く、流出時のブレード間の距離が大きい状態で空気を吸い込みます。画像出典：某ブランドの販促資料

インペラのブレードは複雑な形状をしており、ブレード間の間隔は中心から端に向かって徐々に広くなっています。人生において、私たちは路地の風が通りの風よりも強いことを知っています。同様に、ブレード間の間隔が広くなるため、インペラの中央よりも端の空気の流れが遅くなります。流量の違いはどのような影響がありますか? 2枚の紙を用意して、小さな実験を行って、どうなるか見てみましょう。 2枚の紙を近づけて真ん中に息を吹き込みます。紙は横に飛ばされるのではなく、互いに近づいていくことがわかります。

紙を 2 枚用意して、ベルヌーイの原理に関する小さな実験を行ってください。画像出典: NetEase @科学鱼

この現象はベルヌーイの定理によって説明できます。ベルヌーイの定理によれば、流量が大きいほど圧力は低くなります。 2枚の紙の間に空気を吹き込むと、中央の圧力が下がり、外側の圧力の高い空気によって紙が押し付けられます。同様に、インペラ内の空気が広いエッジ領域に流れると、流量が減少して圧力が上昇し、加圧効果が生じるため、この部分の空気は上部リングの空気出口まで輸送され続けます。空気を吸い込んで加圧するという同様の動作原理は、航空機や自動車のエンジンのタービンにも使用されています。

02

風は増幅できますか？

ブレードレスファンのインペラは比較的小さく、インペラだけで送り出される空気では十分な風量が得られないことがよくあります。しかし、多くの企業は、自社のブレードレスファンは「空気増幅」技術を使用して空気量を増幅していると主張しています。ここで何が起こっているのですか?前述の通り、インペラによって吸い込まれた空気は、リング内側の空気出口隙間まで運ばれ、そこから流出します。高速気流は飛び回らず、リングの内面に沿って素直に流れます。

吹出口からの高速気流はリングの内面に沿って流れます。画像出典: @ElectricUtopia

この現象はコアンダ効果と呼ばれます。流れの速いガスが緩やかな曲面を通過する場合、ガスは元の流れ方向から逸れて曲面に沿って流れます。日常生活において、蛇口から流れる水にスプーンの背を近づけると、もともと垂直だった水柱がスプーンに「引き寄せられて」曲がってしまいますが、これもコアンダ効果の現れです。そのため、流れの速い空気はリングの内面付近の領域に集中します。先ほど述べたベルヌーイの定理を覚えていますか?流量が高い場所では圧力が低いため、環状領域とファンの後ろの領域の間には大きな圧力差が生じます。圧力差によって、後部の大量の空気が環状領域に押し込まれ、前方に排出されます。これにより、空気量が大幅に増加します。

圧力差により屋外の空気の流れが促進され、より強い風が発生します。画像出典: @ElectricUtopia

実際、遠心コンプレッサーによって送り出される加圧空気は、私たちに吹き付ける空気量のごく一部に過ぎませんが、議論の出発点としては役立ちます。これによって生じる圧力差により、外部のガス量の数十倍ものガスを駆動して十分な風を生み出すことができます。したがって、ブレードレスファンの遠心圧縮機のサイズと電力はそれほど大きくする必要はありません。

大量の風を発生させるには、インペラが少量の空気を吸い込むだけで十分です。画像出典: @ElectricUtopia

03

羽根なし扇風機のメリットとデメリット

動作原理が異なるため、ブレードレスファンが送風する風は、従来のファンのような段階的な衝撃がなく、柔らかく滑らかで、より快適な体験を提供します。伝統的な扇風機の場合、親は子供たちに、回転する扇風機の羽根に手を入れないように警告します。ブレードレスファンは露出したブレードがないので安全リスクが低く、日常​​の清掃も便利です。さらに、加湿、浄化、香など複数の機能を統合した羽根のない扇風機も市場に出回っています。従来のファンでは構造上の制限によりこれを実現するのは困難です。

画像出典：某ブランドの販促資料

ただし、ブレードレスファンにもいくつかの欠点があります。最も重要な点は、高価であることです。羽根のない扇風機の中には、普通の扇風機の何十倍もの値段のものもあります。羽根のない扇風機を購入するのは、エアコンを購入するのとほぼ同じくらいの費用がかかります。また、多くの友人の使用経験によると、長距離のヘアドライ体験が大幅に低下し、騒音などの問題も発生するとのことです。今後、大手メーカーの努力により、羽根のない扇風機がよりコスト効率が良くなり、暑い夏に何千もの家庭に快適な自然の風を届けられるようになることを期待しています。著者: Wei Anran、アプリケーション エンジニア、上海交通大学、力学博士

編集者: ティンカーベル