CN112727806A - 一种基于离心风机的分布式风道风扇 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种基于离心风机的分布式风道风扇是一种产生气流的风扇组件，包括离心风机，至少一个风道，风道分离装置，所述的风扇中，气流的流动方向是从离心风机吸气口吸入，通过离心风机以后，气流经过了60度至90度的拐弯，从离心风机四周吹出，然后通过风道分离装置的导流，进入各个分支风管，最后气流经过出风口转换装置，从出风口细缝喷出；本发明的风扇是一种空气阻力小，从而大大降低风机的风压要求的无叶风扇。这种风扇出风量大，噪音低，能源消耗大大降低。和现有的无叶风扇相比，在风扇前面形成同样的风场，一种基于离心风机的分布式风道风扇消耗的能源可降低到40％以下。

Description

一种基于离心风机的分布式风道风扇

技术领域

本发明涉及一种基于离心风机的分布式风道风扇，是一种新型的无叶风扇。

背景技术

英国戴森(Dyson)在2008年9月到11月之间，就已经布局了非常重要的2件发明专利(申请号CN200810177843.3、申请号CN200810177844.8)，基于戴森发明专利的无叶风扇，没有裸露的叶片，解决了叶片难清洗和裸露叶片带来的安全隐患，出风口喷射出来速度均匀的气流，在风扇前面形成的风场均匀。这种无叶风扇要求基座上的马达能同时产生大风量和高风压。在其专利申请号CN200810177843.3的描述中，其实施例要求电机22产生的穿过喷嘴16的气流具有的压力至少为400Pa(帕斯卡)，同时其风量要求在20升/秒以上，这对风机的要求很高。

本发明的目的是设计一种空气阻力小，从而大大降低风机的风压要求的无叶风扇。这种无叶风扇出风量大，噪音低，能源消耗大大降低。和现有的无叶风扇相比，在风扇前面形成同样的风场，基于离心风机的分布式风道风扇消耗的能源可降低到40％以下。

发明内容

现行的无叶风扇在圆环中强行改变了气流的运行方向，这就要求在环中的气压比较高，才能有比较高的风速吹出来，只有增大基座上的风机的转速，提高功率才能同时产生大风量和高风压。风机的旋转速度是影响风扇噪音的主要因素，同时，大量的能量在风机对抗高风压的过程中浪费掉了，没有转化为有效风能。理论上，风机产生的风能可以用风压和风量的乘积来表示，在同样的功率下，为了提高风量，就必须降低风压要求。本发明采用分布式风道改变气流的方向，调节气流的分布，通过优化分布式气道的结构和布局，降低了气流在转换过程中的空气阻力。空气阻力经过优化以后，我们可以选择更小的风机来达到现行无叶风扇同样的效果，这样有利于产品的小型化，有利于产品的低噪音。同样，我们如果采用无叶风扇相同性能的风机，可以达到出风量更大，噪音更低的效果。产生同样的风量，风速，分布式风道风扇对风机的风压性能要求低很多，和现有的无叶风扇相比，在风扇前面形成同样的风场，基于离心风机的分布式风道风扇消耗的能源降低到40％以下。

基于本发明的基于离心风机的分布式风道风扇，和现有的无叶风扇相比，外观上最大的区别在于，无叶风扇形成了一个环，中间是空的，以离心风机为中心，通过分布式气道把空气导流到边缘的，或者某些局部的出风口。也就是说，基于本发明的风扇，中间是实心的，分布式气道之间，存在某些空心的部分作为补充气流开口，但整体上来说，基于本发明的风扇是实心的。

基于离心风机的分布式风道风扇是一种产生气流的风扇组件，包括离心风机，风道分离装置，风道，和可选的补充气流开口。

风道是一个单独的气流通道，包括一个分支风管和一个与其对应的分支风管到出风口转换装置，以及一个对应的出风口细缝。风道独立运行，风道之间互不干扰，对风阻的优化在一个单独的风道内进行。风道的数量根据具体的产品来规划，数量不定。因为本发明的风扇是多个风道组成的，分布在风扇的各个方向，所以其名字为分布式风道风扇，本发明选用的风机采用了离心风机，所以本发明是一种基于离心风机的分布式风道风扇。

混流式风机的叶轮让空气既做离心运动又做轴向运动，壳内空气的运动混合了轴流与离心两种运动形式。当混流风机的空气运动特性是以离心运动为主，轴向运动为辅的时候，也能达到采用离心风机相同，甚至稍好的效果。因为主要利用了其离心运动为主的特点，本发明还是把本发明的风扇叫做基于离心风机的分布式风道风扇。

气流的流动方向是从风机吸气口吸入，通过离心风机以后，气流经过了60°-90°的拐弯，从风机四周吹出，通过风道分离装置的导流，进入了各个分支风管，最后气流经过出风口转换装置，从出风口细缝喷出。

虽然风道是独立运行的，互不干扰，但某些局部地方可以互通。例如在风道的末端，离出风口细缝比较近的地方，两个独立的风道又可以融合在一起，对风扇的整体性能影响不大。

离心风机，结构上包括了吸气口，叶轮前盘，叶轮，叶轮后盘，出风口，和旋转部件；本发明选用的离心风机，可以选用开放式离心风机或者半封闭式离心风机，以节约成本。

离心风机，还包括了空气运动特性是以离心运动为主，轴向运动为辅的混流风机。

离心风机，要求风机在满足目标风量的情况下，其静压值在60Pa(帕斯卡)以上，风机的风量和风压的实际值需要按照产品需求设计。

离心风机，包含了前倾式离心风机，后倾式离心风机，径向式离心风机，不限制离心风机的旋转方向。离心风机的旋转方向会大大影响风阻的优化，从而影响风扇的结构。

离心风机，可以通过调节风机速度来控制出风口细缝的风速的大小，用于需要调节风速的风扇。

风道分离装置，包含了上盖,下盖，风道分离导流装置。上盖从上面包裹住离心风机的叶轮前盘，用下盖从下面包裹住离心风机的叶轮后盘，包裹的时候，上盖离叶轮前盘存在3毫米以下的间隙，下盖离叶轮后盘存在3毫米以下的间隙。这种间隙尺寸比较小，能保证离心风机的旋转没有机械障碍，同时又保证气流在风扇内部流动，只会有少量气流从缝隙中反向溢出到离心风机吸气口。

风道分离导流装置在离心风机的出风口附近，分开两条风道的部件，其位置是根据该导流装置的两条风道的出口缝隙的位置和这两条风道的出口风量大小决定的；为了降低风阻，该导流装置的初始方向要和该位置上，离心风机的出风口的风向基本相同，误差不超过30°；在此方向的基础上，通过圆弧或者其他曲线过渡到风道的侧边；该风道导流装置的两边，属于两个不同的风道，通过不同的曲线过渡到不同的风道侧边，两个风道的两边从在起始位置逐渐分开。

分支风管，其目的是把风通过管道约束送到出风口转换装置；分支风管需要采用低风阻设计，可采用风管渐扩大，风管逐渐变小，风管弯曲，导流片等低风阻设计。

分支风管到出风口转换，是将分支风管出口的形状和大小转换到出风口细缝的结构。因为出风口细缝狭小、风管弯曲、风管在宽度上变小、风管在长度上变长的结构特点，同时又要求出口细缝风速快，导致风阻比较大；最需要采用优化风阻设计来提高风扇的性能，是整个分布式风道风扇的中降低风阻的关键结构之一。

影响风阻最重要的是出风口细缝的出口风速，增加出口缝隙宽度，可以降低对出口风速的要求，从而有效降低风阻。因此出口缝隙宽度增大，是降低风阻的重要措施。

分支风管到出风口转换的出风口夹角，和目的吹风方向基本相同，不超过正负20°，否则会造成风扇形成的风场不均匀。

基于本发明的风扇，可以通过设计合适的出风口夹角的方式来控制风扇形成的风场，在戴森的无叶风扇中，通过科恩达表面来控制风扇形成的风场。在采用本发明结构的基础上，再增加科恩达表面控制风场，也要受到本专利保护。

出风口细缝，是一条细长的狭缝，细缝包含有长度，宽度，形状，方向和位置特性，通过多个细缝组合，可以在风扇前面形成特定方向，特定区域的风场。其在结构上就是分支风管到出风口转换装置的出口。

出风口细缝，的宽度在1mm-5mm之间，缝隙小于1mm，对风机的风压特性要求很高，如果缝隙大于5mm，对风机的风量值要求很高。出风口细缝(5)的长度，要考虑分支风管的到缝隙转换的风阻性能，结构设计的复杂度等。缝隙太长，通常会造成缝隙的不同部位的风速不均匀，缝隙太短，则造成风道太多，结构复杂。缝隙的长度一般会在150mm以下。

出风口细缝，不同的风道的出口缝隙连接在一起，排列成链。一台风扇可以有1个或者多个这种出口风链存在，同一个链的出口方向相同，或者通过逐步过渡的方式改变方向。

出风口细缝，如果要求正面吹强风，则出口缝隙的方向相同，如果要求吹风面积扩散，则缝隙的方向要朝风扇的轴线前面方向向外扩展，单边扩展的角度不超过20°，扩展角度大会造成风扇形成的风场不均匀。

出风口细缝(要求对称缝隙之间的距离不能太长，环形分布，一般要求直径在400mm以内，两条直线型分布，两条直线之间的距离在280mm以内，否则容易造成风扇形成的风场中心风速弱的情况。

所述的出风口细缝，在一个缝隙内，可以添加一些栅格，栅格除了外观作用以为，还可以起到导流作用，使得吹风更均匀。

补充气流开口，根据伯努利原理：流速越快，流体压强越小。伴随着高速的气流射出出风口细缝，高速的气流产生了负压，吸引周围的空气跟随运动，达到空气倍增的效果。如果没有补充气流开口，或者补充气流开口面积不足，风扇正面形成风场中的气流容易向中间靠拢，造成风扇形成的风场中心风速过强，边缘迅速减弱的情况。

如果对均匀风场要求不高，可以在结构上堵住补充气流开口，方便外观造型。

补充气流开口，其他作用还包括：降低风扇的重量、风扇造型和外设安装等。

补充气流开口结构上，是风扇中不同的风道之间的空余部分，风扇的前后打通就可以了。

补充气流开口，并不是所有的风道之间都可以形成补充气流开口，某些局部地方，因为空间狭小，会造成补充气流开口小，甚至不存在的情况。

附图说明

为了使本发明的实施例、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是背面结构示意图

图2是正面结构示意图

图3是局部风道分离装置剖视图

图4是局部分支风管到出风口转换截面图

其中：(1)离心风机、(2)风道分离装置、(3)分支风管、(4)分支风管到出风口转换装置、(5)出风口细缝、(6)补充气流开口、(2-1)风道分离装置上盖,(2-2)风道分离装置下盖、(2-3)风道分离导流装置、(4-1)分支风管到出风口转换装置入口、(4-2)分支风管到出风口转换装置出风口夹角。

具体实施方式

一种基于离心风机的分布式风道风扇，是一种产生气流的风扇组件，这个风扇组件能完成风扇的基本功能，所有采用本发明组件，把其作为一个部件或者部件组合的风扇均在本发明的保护范围内。另外，本实施例仅仅是依照本发明的一种实施例，没有罗列所有的实施例。

如图1、图2、图3、图4所示，一种基于离心风机的分布式风道风扇，由离心风机(1)，风道分离装置(2)，分支风管(3)，分支风管到出风口转换装置(4)，出风口细缝(5)，补充气流开口(6)组成。

风道是一个单独的气流通道，包括一个分支风管(3)和一个与其对应的分支风管到出风口转换装置(4)，以及一个对应的出风口细缝(5)。风道独立运行，风道之间互不干扰。

风道内部的气流通道是联通的，可以在结构上，当作一个单独的实体。

本实施例风扇中，有10个风道。

离心风机(1)放在整个风扇的中间位置，气流的流动方向是从离心风机入口吸入，通过离心风机以后，气流经过了90度的拐弯，从离心风机四周吹出，通过风道分离装置(2)的导流，进入了各个气道的分支风管(3)，最后气流经过出风口转换装置(4)，从出风口细缝(5)喷出。

除了离心风机(1)以外，其他的部件，是一个功能上的逻辑结构，并不是单独的实体结构，出风口细缝(5)更不是一个实体的存在，但出风口细缝的排布是本发明风扇的核心功能，故需要特别列出。

每个风道由后壳，前壳，两个风道壁组成。每个风道的前壳，后壳，风道壁的位置和形状，是经过风阻优化计算得到的，从图1和图2可以观察到其位置和形状。风道的后壳和前壳，虽然逻辑上是独立的，但实体上，所有风道的前壳是作为一个整体，连在一起；所有风道的后壳是作为一个整体，连在一起，同时，风道的两个侧壁，也在结构上和后壳注塑在一起。前壳和后壳在补充气流开口的地方开口，前壳在安装离心风机的地方，开3个螺丝孔，用于固定离心风机，另外再开一个口，用于引出离心风机的控制线。后壳在离心风机的吸气口的上方，开一个比离心风机吸气口稍大的开口。在位于分支风管到出风口转换装置(4)的地方，如图4所示，前壳和后壳都要进行一个拐弯，拐弯的角度就是分支风管到出风口转换装置出风口夹角(4-2)。在本实例中，前壳的拐弯半径是19mm，后壳的拐弯半径是45mm，出风口夹角为90°，有利于正面吹风强度最大化。

综合考虑噪音控制和风阻控制，前壳和后壳的厚度为3mm，风道的侧壁厚度为1.5mm。

整个风扇在结构上，可以分为前壳，后壳，离心风机三个主要的部件。

通过前壳上的螺丝孔，把离心风机安装在前壳中间，引出离心风机的控制线后，通过点胶密封该孔。然后通过卡扣和螺丝把前壳和后壳装在一起，在风扇的前方，前壳和后壳装配后的间隙，就是出风口细缝(5)。给离心风机通电后，风扇就可以工作，风从后壳中间的开口，也就是离心风机的吸风口吸入，从出风口细缝(5)喷出，最后在风扇前面形成均匀的风场。

本实例中，采用了封闭式后倾离心风机，有叶轮前盘和叶轮后盘结构。从后壳方向看，离心分机逆时针旋转。其最大风压为248Pa,最大风量为33升/秒。

在本实例中，设计了10个分支风道导流装置(2-3)，他们的起始位置位于离心风机出风口1mm处的圆环上，第一个风道导流装置起始点的位置与水平线的夹角为72°，这个位置的离心风机出风口方向和该位置的圆环切线方向的夹角为36°，后续每个风道导流装置起始点的位置都位于这个圆环上，每36°一个起始点，这些位置的离心风机出风口方向和该位置的圆环切线方向的夹角为36°。

在本实例中，如图2所示，出风口细缝的宽度是2.6mm，每个出风口缝隙的长度是68.5mm，缝隙之间的间隔是1.5mm，细缝的排布呈“门”字型。上边出风口细缝排布的长度是180mm，左右细缝排布的高度是260mm。

在本实例中，补充气流开口一共10个，其中包括了最下面的大三角型的补充气流开口。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (11)

1.一种基于离心风机的分布式风道风扇，是产生气流的风扇组件，包括离心风机，至少一个风道，风道分离装置，其特征在于：气流的流动方向是从离心风机吸气口吸入，通过离心风机以后，气流经过了60度至90度的拐弯，从离心风机四周吹出，通过风道分离装置的导流，进入各个分支风管，最后气流经过出风口转换装置，从出风口细缝喷出；

所述的风道是一个单独的气流通道，包括一个分支风管和一个与其对应的分支风管到出风口转换装置，以及一个对应的出风口细缝；风道独立运行，风道之间互不干扰，对风阻的优化在一个单独的风道内进行。

2.根据权利要求1所述的一种基于离心风机的分布式风道风扇，其特征在于：还包括补充气流开口，主要作用是防止风扇形成的风场中心风速过强，边缘迅速减弱的情况；其结构上是风扇中不同的风道之间的空余部分；在降低风场均匀性要求的情况下，可以堵住补充气流开口来满足其他设计要求。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于离心风机的分布式风道风扇，其特征在于：在对风扇的整体性能影响不大的情况下，所述的风道之间，某些局部地方能够互通。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于离心风机的分布式风道风扇，其特征在于：所述的离心风机，在满足目标风量的情况下，风机的静压值在60帕斯卡以上。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于离心风机的分布式风道风扇，其特征在于：所述的离心风机包括空气运动特性是以离心运动为主，轴向运动为辅的混流风机。

6.根据权利要求1或2所述的一种基于离心风机的分布式风道风扇，其特征在于：所述的风道分离装置，其结构包含了上盖,下盖，风道导流装置；上盖从上面包裹住离心风机的叶轮前盘，下盖从下面包裹住离心风机(1)的叶轮后盘，包裹的时候，上盖离叶轮前盘存在3毫米以下的间隙，下盖离叶轮后盘存在3毫米以下的间隙。

7.根据权利要求6所述的一种基于离心风机的分布式风道风扇，其特征在于：风道导流装置是离心风机的出风口附近分开两条风道的部件，其位置是根据该导流装置的两条风道的出口缝隙的位置和这两条风道的出口风量大小决定的；为了降低风阻，该导流装置的方向要和该位置上，离心风机的出风口的风向基本相同，误差不超过30°；在此方向的基础上，通过曲线过渡到风道的侧边；该风道导流装置的两边，属于两个不同的风道，通过不同的曲线过渡到不同的风道侧边，两个风道的两边从在起始位置逐渐分开。

8.根据权利要求1或2所述的一种基于离心风机的分布式风道风扇，其特征在于：所述的分支风管，其目的是把风通过管道约束送到出风口转换装置；分支风管采用低风阻结构设计。

9.根据权利要求1或2所述的一种基于离心风机的分布式风道风扇，其特征在于：所述的分支风管到出风口转换装置，是将分支风管出口的形状和大小转换到出风口细缝的结构；

分支风管到出风口转换装置的出风口夹角，和目的吹风方向基本相同，不超过正负20°。

10.根据权利要求1或2所述的一种基于离心风机的分布式风道风扇，其特征在于：所述的出风口细缝，是一条细长的狭缝，宽度在1mm-5mm之间，长度在150mm以下。

11.根据权利要求10所述的一种基于离心风机的分布式风道风扇，其特征在于：所述的出风口细缝，多个风道的出口细缝隙连接在一起，排列成链，链条的数量为一个以上。

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