CN104937346B - 具有罩风扇的风扇盘管单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于与空调***一起使用的空气处理单元，所述空气处理单元包括了空气从中循环穿过的外壳管道。翼式轴流风扇使得空气循环穿过所述外壳管道。所述风扇包括叶轮，所述叶轮具有从中延伸的多个风扇叶片和布置成与所述空气的流动路径基本一致的旋转轴线。换热器组件布置在所述外壳管道内、与循环穿过所述外壳管道的所述空气处于传热关系。

Description

具有罩风扇的风扇盘管单元

相关申请交叉引用

本申请要求于2013年1月11日提交的美国临时申请序列号61/751,639的权益，所述申请的全部内容以引用的方式并入本文。

发明背景

本发明总体涉及空调***，并且更具体地，涉及用于使得空气移动穿过空调***的管道部分的风扇。

常规空调***可被作为包括冷凝区段和空气处理区段的单个成套装置销售，或被作为其中空气处理单元安装在建筑内且冷凝单元安装在建筑外的分离***装置销售。常规空气处理单元几乎完全依靠于鼓风机(例如像前曲鼓风机)来使空气循环穿过空气处理单元。然而，前曲鼓风机具有有限的静态效率，并可根据它们安装情况而因气流所要求的过度转向招致显著***损失。

发明简述

根据本发明的一个方面，提供一种用于与空调***一起使用的空气处理单元，所述空气处理单元包括空气从中循环穿过的外壳管道。翼式轴流风扇(vane-axial flowfan)使得空气循环穿过所述外壳管道。所述风扇包括叶轮，所述叶轮具有从中延伸的多个风扇叶片和布置成与所述空气的流动路径基本一致的旋转轴线。换热器组件布置在所述外壳管道内、与循环穿过所述外壳管道的所述空气处于传热关系。

这些及其它优点和特征将从以下结合附图进行的描述变得更为清楚。

附图简述

被视为是本发明的主题在本说明书的结论处的权利要求中具体指出并且明确要求。本发明的前述及其它特征和优点从以下结合附图进行的详述而清楚，在附图中：

图1是风扇组件的一个实施方案的透视图；

图2是风扇组件的一个实施方案的局部横截面图，该图示出风扇护罩与壳体的界面；

图2A是风扇组件的另一实施方案的局部横截面图，该图示出风扇护罩与壳体的界面；

图2B为风扇组件的另一实施方案的局部横截面图，该图示出风扇护罩与壳体的界面；

图3是用于风扇组件的壳体的一个实施方案的等距视图；

图3A是用于风扇组件的壳体的另一实施方案的局部横截面图；

图4是风扇组件的一个实施方案的另一局部横截面图，该图示出风扇护罩与壳体的界面；

图4a是风扇组件的另一实施方案的局部横截面图，该图示出风扇护罩与壳体的界面；

图5是转子壳体的一个实施方案的另一面向上游横截面图，该图示出形成在壳体楔块侧面与壳体切面之间的角度；

图6是壳体的一个实施方案的内部的平面图；

图7是示出周向扫掠定子轮叶的一个实施方案的透视图；

图8是示出轴向扫掠定子轮叶的一个实施方案的横截面图；以及

图9是示出周向扫掠风扇叶片的一个实施方案的透视图；

图10是根据本发明的一个实施方案的空调***的空气处理单元的横截面；

图11是根据本发明的另一实施方案的空调***的空气处理单元的横截面；以及

图12是根据本发明的另一实施方案的空调***的空气处理单元的横截面。

发明详述

现在参考图10-12，示出空调***的空气处理单元150。例如，示例性空调***包括分离***、成套***以及屋顶***。在空气处理单元150中加热或冷却的空气可从连接至待调节的空间的返回空气管道提供，或替代地可为从外源吸进的新鲜空气。空气处理单元150包括其内存在各种部件的外壳管道或机箱152。例如，被容纳在空气处理单元150的外壳管道152内的是被配置成加热或冷却周围空气的热交换器组件154和使得空气循环穿过换热器组件154的风扇10。根据期望单元特性，风扇组件10可相对于换热器组件154而定位在下游(即，“吸入穿过(draw through)”配置)，如图10和11所示，或相对于换热器组件154而定位在上游(即，“吹送穿过(blow through)”配置)，如图12所示。外壳管道152包括限定入口开和出口开口的下部管道连接器151和上部管道连接器153。

在空气处理单元150冷却从中流过的空气的实施方案中，如当空气处理单元150例如是风扇盘管单元时，换热器组件154可为多个配置中的一种。如图10所示，换热器组件154是相对于穿过外壳管道152的空气的流动路径以一个角度布置的单个换热器盘管156。替代的换热器配置包括以大体V形配置(图11)或大体A形配置布置的第一换热器盘管156和第二换热器盘管158，如本领域已知。在此类实施方案中，换热器组件154被配置成从穿过换热器组件154的空气吸收热量以使得在外壳管道152的出口开口153处提供冷却空气。

在空气处理单元150被配置成加热空气的实施方案中，如当空气处理单元150例如为炉子时(图12)，换热器组件154通常包括联接至次级换热器164的竖直布置的初级换热器160。连接至初级换热器160的入口162的燃烧器组件(未示出)产生加热流体，例如像烟道气。加热流体流过初级换热器160和次级换热器164。来自加热流体的热量传递至循环穿过换热器组件154的空气以使得从外壳管道152的出口开口153排放出的空气比在入口开口151处进入外壳管道152的空气更暖。

风扇10被定位在外壳管道15内以使得风扇10的排放末端13被布置成大体垂直于穿过外壳管道152的空气流F。风扇组件30包括叶轮42，叶轮42的旋转轴线与空气的流动路径F基本对准以使得循环空气大体线性行进穿过风扇10。在一个实施方案中，风扇组件30包括翼式轴流风扇。管路内风扇(in-line fan)10被安装在外壳管道152内以使得循环穿过外壳管道152的空气行进穿过风扇10并且不在风扇10的***与外壳管道152的一部分之间。管路内风扇10的使用显著减少空气处理单元150中的转向损失以使得可实现至多约50％的风扇功率减少。另外，对管路内风扇10的紧凑包封允许空气处理单元150的高度降低。

在一个实施方案中，风扇10被定位在外壳管道152内以使得进入风扇10的入口11的空气是相对冷却的。再次参考图11和12的空气处理单元150，所示出的风扇10被定位在换热器组件154下游。风扇10被配置成通过换热器组件154从外壳管道152的入口开口151吸取温暖空气。换热器组件154从空气吸收热量以使得离开换热器组件154并进入管路内风扇10的空气已被冷却。这种冷却空气线性穿过风扇10到达连接至外壳管道152的出口开口153的导管(未示出)。在图12中示出的空气处理单元150中，风扇10被定位在换热器组件154上游。进入外壳管道152的入口开口151的冷却空气线性行进穿过风扇10，并被吹送至换热器组件154中。在由换热器组件154加热之后，空气随后循环至联接至外壳管道152的出口开口153的导管(未示出)以待分配。

现在参考图1-9，更详细地示出示例性翼式轴流风扇30。风扇10可由通过轴(未示出)或替代地皮带或其它布置连接至风扇10的电动机12驱动。在操作中，电动机12驱动风扇10的旋转将气流16从例如换热器(未示出)而穿过风扇10并沿流动路径18推动。风扇10包括具有风扇转子24、或可旋转地定位在壳体22中的叶轮的壳体22。电动机12的操作驱动风扇转子24围绕风扇轴线26旋转。风扇转子24包括从轮毂30延伸并终止于风扇护罩32的多个风扇叶片28。风扇护罩32被连接至多个风扇叶片28中的一个或多个风扇叶片28并且随其一起围绕风扇轴线26旋转。在一些实施方案中，风扇10还包括了定子组件72，所述定子组件72包括定位在风扇转子24的上游或下游的多个定子轮叶74。在一些实施方案中，风扇10具有在约0.45与0.65之间的轮毂30直径与风扇叶片28直径比。另外，风扇10以约1500RPM与约2500RPM之间的旋转速度标称运行，其中风扇叶片28尖端速度约0.1马赫或更小。

参考图2，风扇护罩32限定风扇转子24的径向延度，并且限定风扇转子24(具体地是风扇护罩32)与壳体22之间的运转余隙。在风扇10的运行期间，形成从风扇护罩32的下游端34朝风扇护罩32的上游端36的再循环流70，其中再循环流70中的至少一些与气流16一起被再吸入到风扇10之中。此再吸入可能处于能够导致风扇不稳定或失速的不期望角度或质量流。为了缓解这个情况，风扇护罩32沿第一部分38从风扇护罩32的下游端34朝风扇护罩32的上游端36基本轴向延伸长度L₁，长度L₁可为护罩总长L_总的主要部分(例如，80％至90％)。风扇护罩32的第一部分38被连接至风扇叶片28。风扇护罩32的第二部分40也可在一个轴向方向上延伸但从第一部分38径向向外偏移，并且限定风扇护罩32的最大半径42。第三部分44将第一部分38和第二部分40连接起来。在一些实施方案中，如图2所示，这产生了风扇护罩32的基本s形横截面。在其它实施方案中，例如，如图2a-2b所示，所产生的横截面分别为T形和J形。运行期间，风扇护罩32在上游端36与壳体22之间形成流的分离泡76。这种分离泡76是小型再循环区，其在上游端36与壳体22之间形成实际上更小的运转余隙78，由此限制穿过运转余隙78的再循环流70的量。

壳体22包括围绕风扇护罩32周向延伸的壳体内表面46，在一些实施方案中，所述壳体内表面46是基本圆柱形的、或替代地截锥形的。另外，壳体22包括多个壳体元件、或壳体楔块48，所述多个壳体元件、或壳体楔块48从壳体内表面46朝风扇护罩32径向向内延伸并且至少部分沿风扇护罩32的长度轴向延伸。壳体楔块48可与壳体22分离、可固定到内表面46，或者在一些实施方案中，可与壳体22整体成形(例如，通过注射模塑(injectionmolding))。虽然本文中的描述主要涉及壳体楔块48，但是在其它实施方案中可利用其它壳体元件如图3a中示出的壳体翅片148。

参考图3，壳体楔块48围绕壳体22的圆周排列，并且在一些实施方案中，围绕圆周等距间隔。壳体楔块48的数目可变并取决于每个楔块的楔块宽度A与相邻楔块之间的开口宽度B的比率(表达为A/B)以及楔块宽度A与风扇护罩32周长的比率(表达为A/πD)，其中D是风扇护罩32的最大直径。在一些实施方案中，比率A/B在0.5与4之间，但也可为更大或更小的，这取决于期望涡流减少的量。在一些实施方案中，比率A/πD在约0.01至0.25的范围内。另外，壳体楔块48的数目可被选择(如不是风扇叶片28的数目的倍数)，以便避免在从壳体楔块48散发出的再循环流70与旋转风扇叶片28之间产生有害音调噪声。在一些实施方案中，风扇转子24具有7、9或11个风扇叶片28。

再次参考图2，在一些实施方案中，壳体楔块48被成形为与风扇护罩32的第二部分40相符并缠绕在其上，从而在壳体楔块48与风扇护罩32之间留下最小可接受的运转余隙。因此，如图4所示，在围绕壳体22的圆周的每个壳体楔块48处，壳体楔块48产生与壳体22的前端52的轴向节距(step)S₁以及与壳体内表面46的径向节距S₂。节距S₁的大小在1*G_F与20*G_F之间，其中G_F是从壳体22的前凸缘50到风扇护罩32的第二部分40的轴向偏移。类似地，节距S₂的大小在1*G_s与20*G_s之间，其中G_s是从最大半径位置42到壳体楔块48的径向内侧表面52的径向偏移。轴向楔块长度54在轴向壳体长度56的25％和100％之间。另外，径向内侧表面52(尽管被示出为基本径向表面)可沿轴向方向渐尖，使得S₂沿轴向楔块长度54从壳体上游端58到壳体下游端60而减小或增大。限定S₁的楔块前表面62(尽管被示出为平坦轴向表面)可类似地渐尖，使得S₁随沿楔块前表面62的径向位置而减少或增加、或二者兼有。在其它实施方案中，楔块前表面62可具有曲线横截面。

参考图4a，一些实施方案中的楔块前表面62可与壳体前表面58重合。在此类情况下，向前轴向节距S1为0。壳体前表面58可为恒定径向表面、或可为曲线表面。

参考图5，壳体楔块48的楔块侧面64a和64b分别在与壳体内表面46的切面的相交处形成角度α和β，其中侧面64a是相对于风扇转子24的旋转方向66的前侧，并且侧面64b是相对于旋转方向66的后侧。在一些实施方案中，α和β在30°与150°的范围内，并且可为或可不为相等的、互补的、或补充的。楔块侧面64a和64b可为例如如所示出的基本平面的、或可沿径向方向为曲线的。

参考图6，在轴向方向上，楔块侧面64a和64b分别与上游壳体末端58形成角度K和λ。在一些实施方案中，K和λ在90°与150°的范围内，而其它实施方案中，K和λ可小于90°。在壳体楔块48与壳体22共同模制的实施方案中，期望K和λ大于90°以使得能够使用直拉工具。然而，在利用其它制造方法时，小于90°的K和λ可为所期望的。角度K和λ可为或可不为相等的、补充的、或互补的。另外，尽管楔块侧面64a和64b描绘为基本平面的，但是它们可沿轴向方向是曲线的。

选择角度α、β、K和λ、轴向节距和径向节距S₁和S₂、以及间隙G_F和G_s使得再循环流70的回注角度和再循环流70的质量流得以被选择和控制。

现在参考图7和图8，在一些实施方案中，定子轮叶74被定位成包括在周向和/或轴向方向上的偏斜或扫掠。定子轮叶74将从风扇转子24排出的流16矫直，从而将流16中的涡流动能转化成定子轮叶74上的静力上升。如图7所示，每个轮叶74具有堆叠轴线80，所述堆叠轴线80从定子轮毂84处的轮叶基底82向外延伸至定子护罩88处的轮叶尖端86。在轮叶基底82处，堆叠轴线80从径向方向以约10度至约25度的角度r1朝流16的涡流方向90周向偏斜。这种偏斜程度继续至轮叶74跨度的约75％，在约75％处，所述轮叶74改变方向来以约20度至约40度的角度r2偏斜远离涡流方向90。另外，如图8所示，轮叶74包括堆叠轴线80的轴向扫掠。这种轴向扫掠导致转子-定子相互作用噪声的水平的降低，同时维持风扇10的气动性能特性。

现在参考图9，在一些实施方案中，风扇叶片28包括周向偏斜或扫掠。每个风扇叶片28具有叶片堆叠轴线92，所述叶片堆叠轴线92从径向方向以-60度与+60度之间的角度r3周向偏斜。风扇叶片28周向扫掠用于沿叶片跨度来选择性地向内或向外驱动流，以便提供将由定子轮叶74遇到的期望的转子出流剖面。使用这种技术，可产生出多种风扇叶片28设计，其中在使用相同定子轮叶74设计时，转子-定子组合的操作范围转变至更低或更高的体积流率。此处，风扇叶片28周向偏斜被调整来产生正确转子出流剖面，由此允许定子轮叶74仍能有效运行。风扇叶片28可周向向前扫掠到入流16中以将流向内驱动至转子轮毂30、可周向向后扫掠以将流向外驱动至风扇叶片28的尖端区域，或可根据需要以两者组合的方式周向扫掠来迁移叶片通道内的流，其中可能同时将流向内朝轮毂30并向外朝尖端驱动。风扇叶片28周向扫掠的量将取决于具体应用所期望的流迁移量，并且将在很大程度上由定子轮叶74设计和期望操作范围来指定。周向扫掠风扇叶片28的使用的另一显著结果是有助于风扇叶片28尾流与静止定子轮叶74之间的相互作用的移相，由此减少风扇10的噪声水平以允许风扇10在限制噪声的环境如住宅环境中使用。

虽然已仅结合有限数量实施方案来描述本发明，但应容易理解，本发明不限于此类所公开的实施方案。相反，本发明可修改以将此前未描述但符合本发明的精神和范围的任何数量的变化、更改、代替或等效布置并入。另外，虽然已描述了本发明的各种实施方案，但应理解，本发明的方面可仅包括所描述的实施方案中的一些。因此，本发明不应被视为受到先前描述限制，而是仅受所附权利要求书的范围限制。

Claims (16)

1.一种用于与空调***一起使用的空气处理单元，所述空气处理单元包括：

空气从中循环穿过的外壳管道；

翼式轴流风扇，所述翼式轴流风扇用于使得空气循环穿过所述外壳管道，所述翼式轴流风扇包括叶轮，所述叶轮具有从中延伸的多个风扇叶片和布置成与循环穿过所述外壳管道的所述空气的流动路径基本一致的旋转轴线，其中所述翼式轴流风扇还包括：

有罩风扇转子，其包括：

所述多个风扇叶片，所述多个风扇叶片从转子轮毂延伸并能围绕所述翼式轴流风扇的中心轴线旋转；以及

风扇护罩，所述风扇护罩围绕所述有罩风扇转子周向延伸并被固定到所述多个风扇叶片，所述风扇护罩具有：

第一轴向延伸环形部分，所述第一轴向延伸环形部分被固定到所述多个风扇叶片；

第二轴向延伸环形部分，所述第二轴向延伸环形部分与所述第一轴向延伸环形部分径向向外间隔开；以及

第三部分，所述第三部分将所述第一轴向延伸环形部分与所述第二轴向延伸环形部分连接起来；以及

壳体，所述壳体围绕所述风扇护罩周向设置，从而限定了所述壳体与所述风扇护罩之间的径向余隙，所述壳体包括多个壳体元件，所述多个壳体元件从所述壳体的径向内侧表面朝所述风扇护罩延伸并限定了第一元件表面与所述风扇护罩的最大半径点之间的径向元件间隙以及第二元件表面与所述风扇护罩的上游端之间的轴向元件间隙，其中所述多个壳体元件是从所述壳体径向向内延伸的多个壳体楔块，所述多个壳体楔块中的每一个壳体楔块沿着所述多个壳体楔块的轴向方向渐尖；以及

布置在所述外壳管道内的换热器组件，其与循环穿过所述外壳管道的所述空气是处于传热关系。

2.根据权利要求1所述的空气处理单元，其中所述翼式轴流风扇相对于所述换热器组件而定位在上游。

3.根据权利要求1所述的空气处理单元，其中所述翼式轴流风扇相对于所述换热器组件而定位在下游。

4.根据权利要求1所述的空气处理单元，其中所述换热器组件相对于循环穿过所述外壳管道的空气的所述流动路径呈基本A形的。

5.根据权利要求1所述的空气处理单元，其中所述换热器组件相对于循环穿过所述外壳管道的空气的所述流动路径呈基本V形的。

6.根据权利要求1所述的空气处理单元，其中所述换热器组件包括单个板式换热器。

7.根据权利要求1所述的空气处理单元，其中所述换热器组件包括次级换热器和初级换热器。

8.根据权利要求1所述的空气处理单元，其中所述换热器组件被配置成冷却循环穿过所述外壳管道的所述空气。

9.根据权利要求1所述的空气处理单元，其中所述换热器组件被配置成加热循环穿过所述外壳管道的所述空气。

10.根据权利要求1所述的空气处理单元，其中所述风扇护罩具有S形横截面、J形横截面、或T形横截面中的一种。

11.根据权利要求1所述的空气处理单元，其还包括定子组件，所述定子组件包括设置在所述有罩风扇转子的上游和/或下游的多个定子轮叶，所述多个定子轮叶具有沿定子轮叶跨度的至少一部分的周向偏斜或扫掠。

12.根据权利要求11所述的空气处理单元，其中所述定子轮叶是相对于所述叶轮为固定的。

13.根据权利要求11所述的空气处理单元，其中周向扫掠的量在约10度与25度之间。

14.根据权利要求11所述的空气处理单元，其中周向扫掠的量在约20度与40度之间。

15.根据权利要求11所述的空气处理单元，其中所述多个定子轮叶是轴向扫掠的。

16.根据权利要求11所述的空气处理单元，其中所述多个风扇叶片是周向扫掠的。