CN105637225B - 通风设备 - Google Patents

Abstract

一种通风设备，所述通风设备包括：空气鼓风机；壳体，所述壳体包括：第一壁和第二壁，所述第一壁和第二壁配置为在中央容纳空气鼓风机并且在二者之间限定径向逐渐减小的空间，所述第一壁与所述第二壁之间的圆周间隙，所述圆周间隙配置为允许高速气流离开并以远离配置为安装所述通风设备的结构的方向螺旋运动，和第二壁中的中央开口，所述中央开口配置为空气鼓风机的吸入口；以及流量放大器，所述流量放大器邻近壳体并且配置为放大穿过气流通道的气流，所述气流通道被限定在所述流量放大器和所述壳体的第二壁之间。

Description

通风设备

技术领域

本发明涉及一种通风设备，尤其涉及一种用于空间通风/冷却的通风设备。

背景技术

现有的空间冷却技术使用电动机(直流或交流)来转动倾斜于叶片的旋转平面的叶片组。倾斜叶片的移动碰撞到滞留空气柱提供了朝向物体/人体或表面的加压空气运动以通过自然蒸发产生冷却。这些风扇技术可以是顶置式、壁挂式或直立式，并且通过控制发动机的速度来控制气流。对于壁挂式风扇和直立式风扇，通过使用另一发动机或减速齿轮传动链以旋转主发动机叶片组件可以摆动气流方向。然而，顶置式装置已经固定了气流方向，空气从顶部、即顶棚被导向位于下方的使用者。这样的叶片式顶置式风扇和壁挂式风扇具有严重的缺陷，其中之一就是将热气从顶棚吹向了下方的使用者。自数百年以前发现该发明以来，这一技术还未得到改善。这一类型的空气运动从空气动力学角度而言能源利用率很低。

风扇技术的最新研发已经产生了由詹姆斯·戴森(James Dyson)先生发明的“无可见叶片”式风扇，并且以相同的名字出售。戴森风扇具有隐匿在其直立的圆形壳体中的鼓风机，该鼓风机迫使加压空气穿过邻近翼型表面前缘的环形狭缝来抽吸二次空气。这一类型风扇具有被认为‘无叶片’且安全的优势。作为基于新理念的新产品，目前非常昂贵并且源自直立式风扇设计。新奇之处在于使用翼型来抽吸二次空气放大总气流以及隐匿的叶片设计。

发明内容

本发明属于空间冷却领域，并且基于完全创新的理念，即“诱导漩涡”，模拟了自然的***现象但以可控的方式诱导放大的气流用于空间冷却。实际上，当冷空气下沉时热空气会上升。本发明通过全新的三维(3-D)漩涡气流模型将冷空气从地面水平抬升以使其在使用者或居住者上方被斗状汇集、放大并分散。

根据一示例性方面，提供了一种通风设备，该通风设备包括空气鼓风机；壳体，该壳体包括第一壁和第二壁，该第一壁和第二壁被配置为在中央容纳空气鼓风机并在二者之间限定径向逐渐减小的空间，第一壁和第二壁之间的圆周间隙，该圆周间隙被配置为允许高速气流离开并向远离配置为安装该通风设备的结构的方向螺旋运动，和第二壁中的中央开口，该中央开口被配置为空气鼓风机的吸入口；以及流量放大器，该流量放大器邻近壳体并配置为放大穿过气流通道的气流，该气流通道被限定在流量放大器与壳体的第二壁之间。

气流通道可以具有恒流截面。

流量放大器可以配置为在操作期间，在气流通道的入口处和气流通道的出口处感受到负压。

流量放大器可以包括流量放大壁，该流量放大壁与壳体的第二壁平行设置。

第一壁、第二壁和流量放大壁可以是圆形的。

流量放大器可以与第一壁形成喉管。

当通风设备被定向为第一壁位于第二壁上方时，第一壁的外环面可以径向向下倾斜，且第二壁的外环面可以径向向上倾斜。

第一壁可以比第二壁具有更大的直径。

流量放大器可以配置为将离开空气通道的放大的气流与离开圆周间隙的高速气流混合。

高速气流可以具有受鼓风机的速度所控制的涡度和方向。

在操作期间，空气可以沿着通风设备的中心轴向着鼓风机的吸入口被抽吸。

第一壁可以配置为用于将通风设备安装到结构，所述结构是顶棚、壁和支架中的至少一种。

附图说明

为了可以充分理解本发明，并将本发明用到实际应用中，现通过非限制性实施例(仅是本发明的示例性实施例)的方式参照下述示意性附图进行描述。

图1为用于空间冷却的通风设备的示意性侧视图；

图2为图1的通风设备的一组剖视图；和

图3为操作状态下图1和图2的通风设备的模拟的计算流体动力学(CFD)气流。

具体实施方式

下面将参照图1～3对本发明的示意性实施例进行描述。

漩涡通风设备10包括电动机12，优选无刷直流电机，驱动空气动力性高效式后弯设计15的空气鼓风机14，该空气鼓风机14被包围在圆形但径向逐渐变窄的壳体16内。空气鼓风机14包括多个相对如图2箭头50所示的旋转方向而言的后弯叶片15。鼓风机14位于壳体16内的中央，并被配置为径向鼓吹空气。

壳体16包括具有同心轴34的圆形的第一壁16-1和圆形的第二壁16-2，并配置为在其中央容纳鼓风机14，并且在第一壁16-1和第二壁16-2之间限定了径向逐渐减小的空间。第一壁16-1配置为用于将通风设备10安装30到顶棚28或其它适宜结构。在一实施例中，当通风设备10被定向为第一壁16-1位于第二壁16-2上方时，如图1和2所示，则第一壁16-1配置为具有沿径向向下倾斜的外环面的圆形上壁或顶壁16-1的同时，第二壁16-2配置为具有沿径向向上倾斜的外环面的圆形下壁或底壁16-2。第一壁16-1和第二壁16-2的中央部分优选保持在水平面上。

第一壁16-1和第二壁16-2的外边缘相互间隔，从而在壳体16中限定了圆周间隙26以允许如由鼓风机14所产生的高速气流20从壳体16中离开。圆周间隙26配置为高速气流20离开壳体16并向远离安装第一壁16-1的顶棚或其它结构的方向螺旋运动，从而产生3D漩涡。当通风设备10被安装到顶棚28时，高速气流20以相对水平面向下的角度以及向下的螺旋流离开壳体，产生图3箭头300所示的螺旋形向下气流。这可以例如通过如图1和2所示的配置使圆形的第一壁16-1具有比圆形的第二壁16-2更大的直径而实现。第二壁16-2提供有中央圆形开口24以作为鼓风机14的吸入口24。因此，壳体16作为穿过吸入口24以及通过圆周间隙26穿过圆周喉管的空气收集器。

邻近壳体16、平行于第二壁16-2设置的是另一圆形壁或流量放大壁18，其限定了与第二壁16-2平行的恒流截面的环形气流通道22。与第二壁16-2相类似，流量放大壁18具有中央开口以允许气流通道通入到鼓风机14的吸入口24中。流量放大壁18作为流量放大器以放大穿过气流通道22的气流36。流量放大壁18将圆周间隙26与鼓风机14的吸入开口或吸入口24相连。

在图1和2所示的实施例中，流量放大壁18是圆形的并与第一壁16-1形成了喉管以便部分总能量在喉管喉口38处被转化为速度并在喉口38处产生负压。因此，喉口38处静压的降低通过通道22抽吸额外空气，产生与离开壳体16的圆周间隙26的高速气流相混合的离开气流通道22的放大气流36。

通过在壳体16的第一壁16-1与顶棚28之间安装托架的方式可以将通风设备10安装到顶棚28上。

供应到电动机12的电能通过鼓风机14所生成的高速气流形式被转化为动能，并均匀地穿过圆周间隙26排出。该高速螺旋但向下流动的气流20是由三维(3-D)漩涡32引起的，其涡度和方向由鼓风机14的速度和/或可选地由虹膜(iris)百叶窗(未示出)所控制。

当空气到达地板40，在鼓风机14的吸入口24处产生的较低压力将有助于在沿着通风设备10的中心轴34的3-D漩涡32的核心处维持负压，但具有向上方向的改变，产生如图3箭头301所示的螺旋向上气流。气流沿着中心轴34向鼓风机14逆流的正反馈(positivefeedback)进一步有助于维持漩涡32的连续流动。漩涡32方向上的改变以及正反馈在这一发明中是必要的，其给出了更有效的低成本自然冷却以及鼓风机14性能的优化。

在与圆周间隙26相通的气流通道22的起始端22-1(在圆形壁18的中央开口处)也可以感受到鼓风机入口24处的负压。在气流通道22的末端22-2同样也可以感受到相似的负压。这些压差产生了通过气流通道22的空气，但与通过鼓风机14的空气相比，具有更大的量级。这是气流放大36的新动力。该放大36降低了维持漩涡32的向上气流和向下气流的所需能量。这与电力控制的无刷直流电机12一起允许漩涡通风设备10的能耗在多种操作/负荷条件下降至最小。

漩涡32的轮廓和强度由电动机12、壳体式鼓风机14和壳体16的设计而定。气流放大由气流通道22的设计和定位而定。与传统的空间冷却风扇***不同的是，在该通风设备中，气流的足迹点并不取决于围栏式壁；相反，冷空气从地面水平40被抽吸，在不与刚好低于顶棚28、或者刚好在漩涡通风设备10上方的热空气层混合的情况下被放大并分散。

此外，通过整合圆周间隙26中的优化设计的导流叶片(未示出)和圆周间隙26外周处的圆形的“虹膜”型百叶窗(未示出)，将有可能将笼罩在轮廓和强度中的漩涡控制为近似于定位个人照明设备的很小的足迹点。

通过形状和设计，漩涡通风设备10适合于将顶灯(包括垂饰和下面的灯)、空气离子化电极、加热线圈(电的)、珀尔帖效应(用于冷却)元件等与完全隔绝于人体伤害的装置和转动元件整合在一起。为了舒适和能量效率，最终的商业产品将包括必要的嵌入式控制和远程可操作性。

本发明的显著新颖性在于：(ⅰ)空气调节***10带来受控的三维漩涡32产生的设计，其能够将冷却的空气从地面水平40升起并将其最终分散到下方的使用者以产生蒸发冷却；和(ⅱ)将通过鼓风机装置14的气流的部分动能转化成负压以产生数个量级的平行气流，从而实现气流放大36和更好的所使用的每千瓦特小时电能的气流增幅。

不像传统的顶置式风扇那样只能迫使热空气从上方吹向使用者，并且依赖室内几何结构循环内部空气，本发明无论室内或空间的几何结构是怎样的，都允许空气以受控的漩涡方式进行循环。因此本发明还适用于室外应用。

本发明的另一新特征是其控制漩涡区域的足迹点，以将冷空气聚集到很小的足迹点(用户组)或者较大的足迹点(较大的用户组)的能力。这一灵活性使得储存作为电动机输出能量的能量可以通过经由漩涡将气流传递到专用区域的新方式被充分减少。该发明允许专用冷却的能量效率与专用工作照明设备的能量效率相似。通风设备10不仅从漩涡吸入冷空气，而且还将气流放大很多倍，抽吸更多三维漩涡32的内部核心中的向上气流风眼外侧的冷空气，并将冷空气抛向同一漩涡32的向下气流，增加整个***10的空气调节效率。

像附加件一样，有可能将顶灯(包括垂饰和下面的灯)、空气离子化电极、加热线圈(电的)、珀尔帖效应(用于冷却)元件等整合在一起而不产生屏蔽效应、并且分别具有更加均匀的且自然的分散效果。

以下列出了本发明相比现有空间冷却方法及装置的优势和改进：

●高效节能的自然冷却***。

●可控的冷却空间(容积(volume))足迹点。

●可以与诸如主动式冷梁空调和冷吊顶空调的现有冷却***整合。

●既适用于室内使用也适用于室外使用-不依赖空间几何结构。

●允许空气层流-不会像传统风扇那样将热空气向下吹。

●比现有的叶片式风扇具有更好的气流分散和冷却效果(相比直射的气流来说是旋转的气流)。

●可以整合空间照明设备而不产生屏蔽效应

●没有暴露的旋转部件，因此比现有顶置式风扇更安全

●可灵活增加可选特征而不影响原有功能

●在资源配置上无高度限制

本发明的商业目标在于火热的顶置式风扇市场，以及诸如小吃街和大排档等室外应用。本发明的可扩展性和灵活性还允许按比例缩小的更小的***符合私人订制的针对在车箱内部、或者附带有空间冷却/加热的混合台灯、或者连同局部空间冷却/加热的混合工作照明设备的情况下的冷却。本发明可以产生空气层流、将冷空气从较低水平升至鼓风机水平，因此允许***安装在任何高度。与传统顶置式风扇不同的是，由于该***没有暴漏在外的旋转部件，鼓风机装置14附近没有严重的安全问题，因此对于火热的低棚顶的公寓和房间是理想的。本发明可以被应用作为用于内部装饰的具有冷却小配饰的时尚照明设备和适用于家居及商业大厦的设计，因为垂饰和下面的灯可以与漩涡通风设备10整合在一起而不产生屏蔽效应。对于大空间的冷却和空调应用，本发明可以轻易地整合到最新的主动式冷梁技术和冷吊顶技术中。本发明还可以在花园和其它相似设置中被悬挂到小型池塘或喷泉上面，以利用蒸发冷却产生进一步的冷却效果，从而产生温和的螺旋运动的微风。适宜地，还可以安装在墙壁上或者甚至安装在支架装置上以利用由漩涡通风设备10产生的螺旋运动的温和的微风将表面附近的冷空气收集起来。

本发明已通过前述示例性实施例被描述，本领域技术人员可以理解的是，设计、结构和/或操作的细节上的许多变型都可以在不偏离本发明的情况下被做出。例如，已经描述了后弯式设计的空气鼓风机，也可以使用具有其它设计的鼓风机。其它可能的变型包括具有前弯式叶片、直片式叶片、包含直片式和曲线式叶片的复合式叶片以及混合式叶片的鼓风机。

Claims (12)

1.一种通风设备，所述通风设备包括：

空气鼓风机；

壳体，所述壳体包括：

第一壁和第二壁，所述第一壁和所述第二壁配置为在中央容纳所述空气鼓风机并在所述第一壁和所述第二壁之间限定径向逐渐减小的空间，

所述第一壁和所述第二壁之间的圆周间隙，所述圆周间隙配置为允许高速气流离开并向远离配置为安装所述通风设备的结构的方向螺旋运动，和

所述第二壁中的中央开口，所述中央开口配置为所述空气鼓风机的吸入口；

流量放大器，所述流量放大器邻近所述壳体并且配置为放大穿过气流通道的气流，所述气流通道被限定在所述流量放大器和所述壳体的第二壁之间。

2.根据权利要求1所述的通风设备，其中，所述气流通道具有恒流截面。

3.根据权利要求1所述的通风设备，其中，所述流量放大器配置为在操作期间，在所述气流通道的入口处以及所述气流通道的出口处感受到负压。

4.根据权利要求1所述的通风设备，其中，所述流量放大器包括流量放大壁，所述流量放大壁与所述壳体的第二壁平行设置。

5.根据权利要求4所述的通风设备，其中，所述第一壁、所述第二壁和所述流量放大壁是圆形的。

6.根据权利要求5所述的通风设备，其中，所述流量放大壁与所述第一壁形成喉管。

7.根据权利要求5或6所述的通风设备，其中，当所述通风设备被定位为所述第一壁位于所述第二壁上方时，所述第一壁的外环面径向向下倾斜，且所述第二壁的外环面径向向上倾斜。

8.根据权利要求4-6任一项所述的通风设备，其中，所述第一壁比所述第二壁具有更大的直径。

9.根据权利要求1-6任一项所述的通风设备，其中，所述流量放大器配置为将离开所述气流通道的放大的气流与离开所述圆周间隙的高速气流混合。

10.根据权利要求1-6任一项所述的通风设备，其中，所述高速气流具有受所述空气鼓风机的速度所控制的涡度和方向。

11.根据权利要求1-6任一项所述的通风设备，其中，在操作期间，空气沿着所述通风设备的中心轴、朝着所述空气鼓风机的吸入口被抽吸。

12.根据权利要求1-6任一项所述的通风设备，其中，所述第一壁配置为用于将所述通风设备安装到所述结构，所述结构是顶棚、壁和支架中的至少一种。