CN104411981B - 具备旋涡形状壳体的通风装置 - Google Patents

Abstract

通风装置（10）包括安装在沿径向为旋涡外壳形状的壳体（14）的内部的涡轮机（12），壳体（14）的外周壁（22）从旋涡舌部（24）到旋涡的远端（E₂）逐渐移离涡轮机（12）的外周，旋涡的径向展开由展开角（a）定义，其特征在于这样的事实，在旋涡舌部（24）附近的展开初始角（a）比旋涡远端（E₂）附近的展开最终角（a₂）大1.5至3倍，因此，壳体（14）的外周壁（22）在旋涡开始处更快速地移离叶片（13），最小化旋涡舌部（24）处产生的湍流。

Description

具备旋涡形状壳体的通风装置

技术领域

本发明涉及一种用于加热、通风和/或空气调节或HVAC（加热通风空气调节）设备的通风装置，特别是要适于机动车的。

背景技术

本发明更具体地涉及一种通风装置，其包括至少一个元件，用于空气的离心推进，意图引导空气通过分布式回路朝着车辆的客舱。离心推进元件包括具备叶片的环形涡轮机，其被电机驱动围绕旋转轴线旋转并且通常布置在旋涡形状壳体的中心。空气被涡轮机沿轴向从壳体的外部吸取并且沿着壳体形成的通道行进到排空节流孔或是与分布式回路连通的径向空气输送口。

通道由涡轮机的旋转外表面确定界线，由叶片的外区段和隔开一定距离覆盖涡轮机叶片的壳体的外周壁的内表面形成。壳体的外周壁的径向轮廓逐渐形成旋涡形状从而引起叶片区段与外周壁内表面之间的间距的逐渐变化。外周壁因此围绕涡轮机在这个方向上形成螺旋，所述螺旋朝着涡轮机的旋转方向形成。

为了界定旋涡形状，限定旋涡的展开角度，在旋涡的确定点，该角度对应于相切于该旋涡的切线与相切于通过这个点的圆的切线之间形成的角度，旋涡的中心和所述圆的中心在此由涡轮机的旋转轴线形成。

通常，朝着涡轮机的旋转方向行进通过旋涡，人们发现，展开角度大致是始终如一的，这导致涡轮机叶片的外区段与外周壁内表面之间的距离有规律的增大。

对于这类通风装置的设计，必须应付不同的参数，例如装置的效率、涡轮机所提供空气的产量和流速、涡轮机和壳体的总尺寸以及它们之间的相对尺寸以及产生的噪声污染。通常希望具有最小可能尺寸的装置以优化可用空间，并且希望尽可能地避免产生噪声污染的湍流区的形成。

在现有技术的装置中已经提出了多种解决方案和不同的折衷办法，但是它们没有允许在尺寸和声级方面获得完全令人满意的结果。

发明内容

本发明意图解决上述问题，提出了一种通风装置，其在尺寸和声级方面是特别有效和显著的。

为此，本发明提出一种用于对机动车客舱加热、通风和/或空气调节的设备的通风装置，其包括涡轮机，带有叶片安装在沿径向旋涡形状壳体内部围绕旋转轴线旋转，该壳体包括用于吸入空气的轴向口和用于输送空气的径向口，它们与由壳体外周壁界定的旋涡形状隔间的内部相通，壳体的外周壁从旋涡舌部到旋涡的远端逐渐移离涡轮机的外周，旋涡的径向展开由展开角定义，特征在于，在旋涡舌部附近的展开初始角比旋涡远端附近的展开最终角大1.5至3倍，因此，壳体的外周壁在旋涡开始时更快速地移离叶片，最小化旋涡舌部处产生的湍流。

申请人进行的试验已经允许验证本发明的通风装置的特征的组合允许获得特别好的结果，特别是有关声级，因为，它通过减少不希望有的湍流同时保持强制通风的高流量和强制通风流速，可能节省数个分贝（至少3分贝（A））。此外，用恒定外尺寸壳体获得这些良好结果，即，不需要增大壳体的外尺寸。

本发明的通风装置还具有的优点是，获得这些良好结果的同时具有易于制造和组装的结构，因此，制造成本/效率比特别有优势。

有利地，获得特别良好的结果，此时，旋涡的径向展开由下列方程式定义：

其中：

R_vi是在旋涡的确定点处旋涡的半径，

R_t是涡轮机的外半径，

d_tv是涡轮机叶片的外缘与旋涡舌部之间的最小径向距离，

θ_i是由旋涡的起始端和旋涡的确定点围绕旋转轴线限定的角度，

a₁是旋涡展开初始角，

a₂是旋涡展开最终角，

θ_max是旋涡角，对应于由旋涡的起始端和旋涡的远端围绕旋转轴线限定的角度。

按照本发明的其它有利特征：

-旋涡角在290与315度之间；

-展开初始角在3.5与9度之间；

-展开最终角在3与5度之间；

-旋涡外周壁的轴向截面具有大致"C"形轮廓，优选为卵形轮廓；

-径向输送口具有圆形或卵形轮廓的轴向截面，因此，从旋涡远端延伸到径向输送口的出口截面逐渐形成管；

-旋涡的轴向展开的发展大致遵循着其径向展开的发展；

-旋涡舌部大致具有卵形轮廓；

-涡轮机在轴向平面上的外轮廓大致平行于涡轮机的轴线；

-旋涡的内圆周边缘在轴向吸入口侧延伸径向延伸段，其盖住涡轮机的一部分并且界定轴向吸入口；

-壳体制造成两个半壳的形式，优选为通过由塑料模制而成，这两个半壳在垂直于涡轮机轴线的分界面上，一个与另一个组装在一起。

附图说明

通过阅读下列详细说明并且参照附图，将明显看出本发明的其它特征、目标和优点，它们是作为非限制性例子给出，其中：

-图1是立体图，其用图解法示出通风装置，包括根据本发明教导的旋涡形状壳体；

-图2是类似于图1的视图，其中，壳体的一部分已经移除以显示壳体和涡轮机的内部；

-图3是部分轴向截面视图，其示出图1的壳体的旋涡舌部；

-图4是沿着平面4-4截取的轴向截面视图，其示出图的通风装置并且示出壳体外周壁的轮廓；

-图5是从上面看的视图，其示出图1的通风装置并且示出旋涡的展开角。

具体实施方式

图1至5示出按照本发明的教导形成的通风装置10，其意图适于机动车客舱的加热、通风和/或空气调节设备。

通风装置10包括涡轮机12，带有叶片13安装在沿径向旋涡形状壳体14内部围绕旋转轴线A1旋转。

在本描述的其余部分，以非限制的方式，将使用沿着旋转轴线A1的垂直轴向定向和相对于旋转轴线A1的径向定向。

壳体14包括用于吸入空气的轴向口16和用于输送空气的径向口18，它们与由壳体14的外周壁22界定的旋涡形式的隔间20或通道的内部相通。 在径向平面上，壳体14的外周壁22沿径向且从旋涡舌部24到旋涡的远端E₂逐渐地移离涡轮机12的外周，如图5所示。 在图3中更详细示出的旋涡舌部24由外周壁22的通常位于旋涡与管状出口截面28的交叉处的一部分形成，其从旋涡的远端E₂延伸到径向口18。 旋涡的远端E₂通常对应于壳体14的径向展开的端部，出口截面28以大致线性的方式朝着空气输送方向F1延伸，在大致与涡轮机12相切的方向。

图5示出旋涡在其起点即位于旋涡舌部24的起始端E₁展开的初始角a₁。

旋涡在其舌部24有展开初始角a₁并且在其远端E₂有展开最终角a₂。优选地，展开初始角a₁的值在展开最终角a₂的1.5至3倍之间。

展开初始角a₁的较高值允许旋涡在其径向展开开始时比在其径向展开结束时更快速地沿径向移离涡轮机12，因此最小化在旋涡舌部24处在空气流中产的湍流，这是考虑到旋涡舌部24非常接近涡轮机12所带来的大量噪声污染的来源。

优选地，展开角a₁逐渐增大直到其在旋涡的第一个三分之一区域中达到其中间值。

有利地，旋涡的径向展开由下列方程式定义：

（1）

其中：

R_vi是在旋涡的确定点E_i处旋涡的半径，

R_t是涡轮机12的外半径，

d_tv是涡轮机12的叶片13的外缘与旋涡舌部24之间的最小径向距离，

θ_i是由旋涡的起始端E₁和旋涡的确定点E_i围绕旋转轴线A1限定的角度，

a₁是旋涡展开初始角，

a₂是旋涡展开最终角，

θ_max是旋涡角，对应于由旋涡的起始端E₁和旋涡的远端E₂围绕旋转轴线A1限定的角度。旋涡角θ_max因此限定了旋涡沿其展开的有角度扇形的值。

旋涡的展开初始角a₁优选为在3.5至9度之间，展开最终角a₂优选为在3至5度之间。

旋涡角θ_max优选为在290至315度之间。

方程式（1）允许定义旋涡的半径R_vi从起始端E₁到远端E₂的发展。这个方程式已经被公式化，从而既获得比展开最终角a₂更大的展开初始角a₁，又获得对径向展开的受控渐进性。申请人进行的试验和测量已经表现出在降低声级方面和强制通风流方面的优秀结果。方程式（1）允许获得旋涡的螺旋轮廓，特别适合于机动车的HVAC类型的应用。

优选地，旋涡的轴向展开的发展即外周壁22的最大轴向尺寸的发展通常遵循着旋涡的径向展开的发展。按照修改的实施例，轴向展开的发展能够与径向展开的发展分离，例如通过沿着旋涡的整个长度从其舌部24到其远端E₂连续且均匀地增大。

有利地，壳体14的外周壁22在轴向平面上的轮廓是弧形的以形成大致卵形或椭圆形部分，意图消除隔间20内部的角度。外周壁22的轴向截面优选地具有大致"C"形轮廓，如图4的轴向截面视图所示。 因此旋涡包括向内且向下弯曲的上内圆周边缘30和向内且向上弯曲的下内圆周边缘32。

根据所示实施例，上圆周边缘30沿径向向内延伸以形成界定轴向口16的围缘34。 上圆周边缘30在叶片13处部分地在风扇12上方延伸。下圆周边缘32沿径向向内延伸形成壳体22的底壁36，面对着轴向口16。

有利地，径向输送口18具有圆形或卵形轮廓的轴向截面，如图1、2和3所示，因此，出口截面逐渐形成管。

优选地，旋涡舌部24具有卵形通常为椭圆形或抛物线形轮廓，如图3所示，因此最小化旋涡舌部24处强制通风中产生的湍流。

按照本发明的壳体22特别适于涡轮机12，其在轴向平面上的外轮廓大致平行于轴线A1，叶片13的外区段是大致竖直的。

有利地，壳体14制造成两个半壳38、40的形式，它们在垂直于涡轮机12的轴线A1的分界面42上，一个与另一个组装，分界面42在图1和图2中示出。这两个半壳38、40因此能够由塑料模制而成。

Claims (13)

1.一种用于对机动车客舱进行空气调节的设备的通风装置（10），包括涡轮机（12），带有叶片（13）安装在沿径向旋涡形状壳体（14）的内部围绕旋转轴线（A1）旋转，该壳体（14）包括用于吸入空气的轴向吸入口（16）和用于输送空气的径向输送口（18），它们与由壳体（14）的外周壁（22）界定的旋涡形状隔间（20）的内部相通，壳体（14）的外周壁（22）从旋涡舌部（24）到旋涡的远端（E₂）逐渐移离涡轮机（12）的外周，旋涡的径向展开由展开角（a_i）定义，其特征在于这样的事实，在旋涡舌部（24）附近的展开初始角（a₁）比旋涡远端（E₂）附近的展开最终角（a₂）大1.5至3倍，因此，壳体（14）的外周壁（22）在旋涡开始时更快速地移离叶片（13），最小化旋涡舌部（24）处产生的湍流，并且特征在于这样的事实

旋涡的径向展开由下列方程式定义：

（1）

其中：

R_vi是在旋涡的确定点（E_i）处旋涡的半径，

R_t是涡轮机（12）的外半径，

d_tv是涡轮机（12）的叶片（13）的外缘与旋涡舌部（24）之间的最小径向距离，

θ_i是由旋涡的起始端（E₁）和旋涡的确定点（E_i）围绕旋转轴线（A1）限定的角度，

a₁是旋涡展开初始角，

a₂是旋涡展开最终角，

θ_max是旋涡角，对应于由旋涡的起始端（E₁）和旋涡的远端（E₂）围绕旋转轴线（A1）限定的角度，并且特征在于这样的事实

旋涡角（θ_max）在290至315度之间。

2.如权利要求1所述的装置（10），其特征在于这样的事实，所述通风装置（10）用于对机动车客舱加热和/或通风的设备。

3.如权利要求1或2所述的装置（10），其特征在于这样的事实，展开初始角（a₁）在3.5至9度之间。

4.如权利要求1或2所述的装置（10），其特征在于这样的事实，展开最终角（a₂）在3至5度之间。

5.如权利要求1或2所述的装置（10），其特征在于这样的事实，旋涡的外周壁（22）的轴向截面具有“C”形轮廓。

6.如在权利要求1或2中所述的装置（10），其特征在于这样的事实，旋涡的外周壁（22）的轴向截面具有卵形轮廓。

7.如权利要求5所述的装置（10），其特征在于这样的事实，径向输送口（18）具有圆形或卵形轮廓的轴向截面，因此，从旋涡远端（E₂）延伸到径向输送口（18）的出口截面（28）逐渐形成管。

8.如权利要求1或2所述的装置（10），其特征在于这样的事实，旋涡的轴向展开的发展大致遵循着其径向展开的发展。

9.如权利要求1或2所述的装置（10），其特征在于这样的事实，旋涡舌部（24）大致具有卵形轮廓。

10.如权利要求1或2所述的装置（10），其特征在于这样的事实，涡轮机（12）在轴向平面上的外轮廓大致平行于涡轮机（12）的轴线（A1）。

11.如权利要求1或2所述的装置（10），其特征在于这样的事实，旋涡的内圆周边缘（30）在轴向吸入口（16）侧延伸径向延伸段（34），其盖住涡轮机（12）的一部分并且界定轴向吸入口（16）。

12.如权利要求1或2所述的装置（10），其特征在于这样的事实，壳体（14）制造成两个半壳（38,40）的形式，这两个半壳（38,40）在垂直于涡轮机（12）的轴线（A1）的分界面（42）上，一个与另一个组装。

13.如权利要求12所述的装置（10），其特征在于这样的事实，壳体（14）通过由塑料模制而成。