CN101033765B - 流动扩散机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流动扩散机构，具体地说，涉及一种用于冰箱或空调器的流动扩散机构，以便强化冷空气或热空气的扩散。为了实现所述目的，本发明包括至少一个入口(200)，流体流通过该入口被引入；将通过至少一个入口(200)被引入的流体流分成至少两股分离的流体流的流动分离装置(110)；及出口(300)，通过该出口使被流动分离装置分离的至少两股流体流中的至少两股排出，随后再将它们汇流到一起，借此在靠近出口处形成使流出出口的流体摇摆的复合涡系。与现有的简易管道状出口相比，本发明的流动扩散机构可使冰箱或空调器的温度分布更均匀。

Description

流动扩散机构

本申请是申请日为2002年12月03日、国际申请号为PCT/KR02/02272、国家申请号为02829988.4、发明名称为流动扩散机构的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种流动扩散机构(flow spreading mechanism)，更具体地说，涉及一种用于冷冻机或空调器等的流动扩散机构，以便强化冷空气或热空气的扩散。当然，这种流动扩散机构不限于用在冷冻机或空调器上，还可用于强化具有流出口的任何种类的设备或系统等的排出流(dischargedflow)的扩散。

背景技术

一般说来，传统的用于电冰箱或空调器中的流出口大多是一端简单地敞开的简易管道状(simple-ducted)出口。有时，在电冰箱或空调器内安装有可转动的调风装置，以随时改变出口的流体排出方向。

但是，这种传统的流出口存在如下问题。

首先，在简易管道状出口的情况下，流体只以预定的方向排出，所以由流动引起的热传递只发生在局部区域，并且流体很难扩散到流体正常排出的流程(flow path)之外。结果，只能对局部进行供冷或供热。由于无法预期在整个空间形成均匀的温度分布，所以不能有效地优化供冷或供热过程。

其次，在使用可转动的调风装置的情况下，可以如下方式进行循环往复运动，即，借助于电机等调风装置可在预定角度内自动运动。在这种情况下，可转动的调风装置不断改变流体的排出方向，以使流体较均匀地扩散并使由流动引起的热传递遍布所有区域。但是，可转动的调风装置的安装需要额外的高额费用，并增加了维修费用。同时，即使装有可转动的调风装置，在调风装置运行的范围之外很难发生流体扩散和由流动引起的热传递。因此，传统的流动扩散机构具有不能充分进行均匀的热传递的局限性。

发明内容

据此，本发明旨在提供一种流动扩散机构，它基本上可避免由于现有技术的局限性和缺陷造成的问题。

本发明的一个目的是提供一种流动扩散机构，以使从出口排出的流体沿流动的上、下和/或左、右方向扩散到更广阔的空间。

本发明的另一目的是提供一种流动扩散机构，它能使从出口排出的流体扩散，并使由于流体流动引起的热传递甚至能达到那些因出口的尺寸和形状或为出口而设置的调风装置的偏差造成的局限性而使流体不能直接达到的地方。

在下面的描述中将列举出本发明的其它特征和优点，这些特征和优点中的一部分可从说明书中明显得知，或可从本发明的实施中得到启示。本发明的所述目的和其它优点可通过说明书的文字部分、权利要求书及附图中具体给出的结构实现和完成。

为了实现本发明的这些和其它优点，根据本发明的目的，作为具体和概括的描述，本流动扩散机构可包括至少一个入口，流体通过该入口被引入；流动分离装置，其用于将通过至少一个入口引入的流体流分成至少两股流体流；及出口，其用于排放由流动分离装置分离的至少两股流体流中的至少两股，随后再将它们汇流到一起。

此外，在靠近出口处形成复合涡系(complex vortices)，因而使通过出口排出的流体流摇摆地流动(swings while proceeding)。

为了进一步获得这些和其它优点，根据本发明的目的，该流动扩散机构被构成为：将出口设置在一空间内，在该空间内的预定部位设置至少一个凹槽，该凹槽包括用于将空间内的流体排放到外部的开口。

根据本发明的一个方面，提供了一种流动扩散机构，包括：至少一个入口，流体流通过入口被引入；流动分离装置，其用于将通过至少一个入口被引入的流体流分离成至少两股流体流；出口，其用于排出被流动分离装置分离的至少两股流体流中的至少两股，随后再将它们汇流到一起。其中，在靠近出口处形成复合涡系，因而使通过出口排出的流体流摇摆地流动。其中，出口被设置在一空间内；流动扩散机构还包括至少一个被安装在空间内的预定部位的凹槽。其中，从出口排出的流体流沿着所述空间的壁移动，并且通过至少一个凹槽而被驱出，该凹槽包括用于将空间内的流体排放到外部的开口。

可理解到，上面的概述和下面的详细描述都只是示例性和解释性的，旨在进一步说明所要求保护的本发明。

附图说明

提供对本发明的进一步理解并构成说明书一部分的附图示出了本发明的实施方式，这些附图与说明书的文字部分一起用于解释本发明的原理。

附图中：

图1A至1C是本发明第一实施方式及其变型的流动扩散机构的示意图；

图2A至2K是本发明第二实施方式及其变型的流动扩散机构的示意图；

图3和4是本发明第三和第四实施方式的流动扩散机构的示意图；

图5A和5B的照片分别示出了从传统的简易管道状出口和从本发明第四实施方式的流动扩散机构排出的流体运动的实验结果；

图6A和6B分别示出了传统的简易管道状出口与本发明第四实施方式的内部安装有出口的空间内的流动场模拟结果；

图7是本发明第五实施方式的流动扩散机构的示意图。

具体实施方式

现在参照附图所示的实例详细描述本发明的优选实施方式。

图1A是本发明第一实施方式的流动扩散机构的示意图。

参照图1A，本发明第一实施方式的流动扩散机构包括：两根管道10，每一管道都有一个入口20，这两根管道相交于一点；及一出口30，它形成在两根管道的相交点处。两根管道作为一个整体大体呈U字形。

参照图1A说明本发明第一实施方式的流动扩散机构。通过入口20引入并沿各管道10流动的流体就在通过出口30排出之前相互碰撞，从而形成非稳定状态的混沌流(chaos flow)。这种混沌流包括多个大、小涡系，因此通过出口30流出的流体左右摇摆(swings)，从而使流动沿左右方向扩散。

若通过两根管道10的各股流体的流动速率相同，本实施方式的流动扩散效果可达到最佳，这意味着，若将两根管道10制造成形状和尺寸相同或至少使它们的流程的横截面积相同时，通过两根管道10流动的各股流体的流速是相同的。当通过两根管道10的流体速率不相同而且差异较大时，通过出口30排出的流体的流动状态取决于流速较大的流体的流动状态。因此，两股流之间的相互作用较弱，因而使排出的流体流动较柔弱，或几乎不摆动(vibrated)。

图1B和1C的视图示出了图1A的第一实施方式的改型，两根管道10整体上分别为直线形和V字形。

同时，虽然在图1A至1C的实施方式中，两根管道各自具有入口，但具有一个共同入口的两根管道基本上也能以相同的方式工作，且可获得大体相同的效果。

图2A是本发明第二实施方式的流动扩散机构的示意图。

参照图2A，本实施方式的流动扩散机构包括具有入口200和出口300的管道100及设置在管道100内并在其内形成两条分离的流程的钝体110。在该附图所示的实施方式中，钝体110由垂直于流线安装的板构成，尽管在钝体110的左右只延伸较短的距离，仍能形成两条分离的流程。

参照图2A，本发明第二实施方式的流动扩散机构的工作过程如下。在本实施方式中，与第一实施方式不同，考虑利用钝体110将一股流临时分离成两股流、再将分离的流程汇合成一条流程时，沿两条分离的流程流动的流体的碰撞很难产生涡系。但是，由于钝体110的存在，形成在钝体110表面的流动边界层形成相反的压力梯度，借此使通过管道100流动的流体在钝体110的某一点处分离。结果可在分离点之后形成涡系，而且通过形成在钝体110的两后侧115处的涡系可使流体在流动的过程中摇摆。换句话说，在钝体110的两后侧115基本上可形成两个涡系；虽然具有由流体的引入流速和钝体110的形状和尺寸确定的恒定频率，但这两个涡系的大小和强度是可变的；于是排出流可在流动过程中左右摇摆。

可将钝体构成为只在管道的一部分形成分离的流程，或沿管道的较长部分设置钝体。但是，对于本发明的目的来说，更优选的是在管道的一部分内形成分离的流程就足够了。同时，为了获得利用两个涡系之间的干扰和流动过程中的摇摆产生的流动的最大流体扩散效果，优选将出口正好设置在两个涡系之间出现干扰的那点之后。换句话说，优选将管道的出口设置在邻近由钝体110形成的两条分离的流程相汇合之处。

在钝体按上述方式设置在管道内的情况下，流动阻力比简易管道状出口的流动阻力大数倍，所以，能量损失增大。因此，必须选择具有较小阻力系数的形状的钝体。

图2B至2K是图2所示的第二实施方式的不同变型，图中示出了使用不同横截面形状的钝体的本发明的流动扩散机构。

图2B至2I所示的钝体具有锐利边缘，由于不管流动的边界层的特性如何都发生分离，也就是说不管在钝体的表面上产生层流/紊流边界层都形成分离流，这些钝体在雷诺数约为10⁴以上时通常具有恒定的阻力系数，就像图2A所示的板那样。众所周知，垂直于图2A所示流动方向的板的阻力系数为2.0，而图2B所示的横截面为矩形、安装时使一侧垂直于流动方向的钝体也具有2.0的阻力系数。但是，钝体越接近于流线形，其阻力系数越小。在图2C、2D、2F、2H所示的钝体的阻力系数分别为1.50、1.40、1.20、1.20。钝体的横截面为图2J和2K所示的圆形和椭圆形的情况下，阻力系数可根据流动边界层是层流边界层还是紊流边界层改变。即使在形成层流边界层的情况下，阻力系数通常小于上述值，而在形成紊流边界层的情况下，阻力系数可能远小于上述值。所以，通过在钝体的表面上形成多个小突起或凹坑，阻力系数可减小到很小的值。

图3是本发明第三实施方式的流动扩散机构的示意图。

参照图3，在本实施方式中，管道100的出口300的端部120向内弯曲，以使从钝体110两侧旁流过的两股流改变其方向并正好在通过出口300排出之前相互碰撞。本发明使用一块板作为钝体，当然也可使用在第二实施方式中提到的任何形状的钝体。此外，在本实施方式中，将管道100的端部120构成为使从钝体的两侧113旁通过的两股流沿一直线相互面对，然后彼此碰撞，当然也可将管道100的端部120制成为使得所述两股流以一预定角而不是以180度相互碰撞。

按照本实施方式，通过使从钝体110的两侧113旁通过并在钝体110的两后侧115形成涡系的两股流相互碰撞可增大排出流的摇摆，因而可形成较强的涡系。

图4是本发明第四实施方式的流动扩散机构的示意图，它是第三实施方式的改进。

参照图4，流动扩散机构是这样构成的：使正好在出口300之前的流程比图3所示的实施方式中将钝体110放置在靠近出口300处旁流过钝体110两侧113的流程窄。在图4所示的实施方式中，与入口200相通的管道100具有这样的结构：它的宽度从正好在钝体110所处位置之前扩大，以形成颈部130，当然它也可具有如图3所示的恒定宽度。

按照本实施方式，从钝体110的两侧113至正好在出口300之前的位置的流程的作用有点象喷嘴，从而使流过分离的流程的各流体加速流动并形成两股喷射流。与第三实施方式相同，这两股射流沿直线或以预定角度相互碰撞，以使正好在出口300之前的部分310中的流体的静压超过大气压并形成非稳定状态的流动。与因分离而形成的涡系相结合，在钝体110的两后侧115可形成两个更强的涡系。这两个涡系在大小和强度上是变化的，其变化的频率由引入流的速度和板的厚度决定，这样就使静压发生改变。结果，流体可以恒定频率在通过出口300排出的流动过程中左右摇摆。

图5A和5B的照片示出了从传统的简易管道状出口和本发明的流动扩散机构获得的排出流体的情况。与图5A和5B中只示出了出口附近的情况不同，图6A和6B分别示出了传统的简易管道状出口和本实施方式的流动扩散机构在安装有出口的空间内的流动场模拟结果。应注意到，图6A和6B所示的流动场适合于包括后面将描述的本发明第五实施方式中的凹槽的结构。

对离开出口300某位置处的流体的扩散宽度进行测量直到其为沿排出流体的运动方向上的出口宽度的3.5倍、即对具有高于排出流的稳定状态速度的速度的流体的宽度进行测量，结果，与使用简易管道状出口的情况相比，宽度增大了30-60％。此外，其结果表明，雷诺数的增大使流体的扩散宽度增大，同时增加速率可降低所述的一定的雷诺数(大约1400)。

同时，为了获得最佳结果，优选使颈部130前的管道100的宽度D₀、板110的宽度D和出口300的宽度D₂全都相同，而且使颈部130之后的管道100的长度H₂和颈部130之后的管道100的宽度D₃分别为颈部130前的管道100的宽度D₀的1至1.5倍和2至2.5倍。另外，优选使板110和出口300之间的长度H₁约为颈部130前的管道100的宽度D₀的0.5倍。

从上述第一至第四实施方式的流动扩散机构的出口排出并在流动过程中摇摆的流体扩散遍及的区域比在传统简易管道状出口流出的情况更宽，但在安装了流动扩散机构的空间与流体摇摆的空间相比大得多的情况下，流体不能扩散到整个空间。必须采用一种辅助结构来使流动的扩散超过摇摆宽度或区域，这样，就可将热量传递到整个空间。

图7所示的本发明第五实施方式的流动扩散机构借助于在第一至第四实施方式的结构基础上增加了另一部件而改善了排出流体的扩散。

参照图7，在安装了本发明第一至第四实施方式的流动扩散机构的空间500内还安装了两个凹槽400，这两个凹槽在横向于通过出口300排出的流体的运动方向的直线上相互面对地设置，而且这两个凹槽400包括开口。可设置一个以上的出口300，和/或可安装一个或两个以上的凹槽400，以使流体扩散更均匀，并使空间500内最终的热传递更均匀。在出口300设置在空间500的一个壁的中部的情况下，为了实现均匀的热传递，优选将一对凹槽400相互面对地设置在横向于通过出口300排出的流体的运动方向的直线上，如图7所示。

下面参照图7描述本实施方式的工作过程。从出口300排出的、大体上沿直线左右摇摆地前进的流体撞击另一侧的壁510，并沿该壁运动，再次撞击壁角520，然后以与排出方向相反的方向沿壁530运动。在没有凹槽400的情况下，由于流体两次撞击壁而使能量损失，且由于空间内的与空气压力相反的阻力，使流动不能完全扩散到整个空间而将在中途消失。但是，由于有凹槽400，空间内的空气可通过凹槽400被驱出(dispelled out)，从而使空气的流动阻力变弱，并且即使流体两次撞击壁，流体也能朝凹槽400运动并通过凹槽排出。因此，在整个空间的所有通路上都能实现均匀的热传递。

在图4所示的流动扩散机构与凹槽的混合结构中，凹槽开口的宽度最好与图4所示的板110的宽度D相同，以达到最佳效果。

工业实用性

按照本发明的流动扩散机构，在流动过程中，通过出口的排出流可上、下或左、右摇摆，从而增强了流动的扩散，并可使热量的传递遍及比使用简易管道状出口的情况更宽广的空间。所以，利用本流动扩散机构排出冷气流或热气流可获得更均匀的温度分布。同时，利用包括具有一个开口的凹槽(一个或多个)的流动扩散机构流体能更均匀地扩散，甚至能扩散到即使摇摆地流动也难以通过流动而进行热传递的那些部分，因此提高了温度的均匀性。这样就解决了由于冰箱内的不均匀的供冷造成的局部冻结或冷藏保存效果差的问题。另外，在将空调器或空调系统安装在多个室内的情况下，可实现均匀的供冷或供暖，进而可提供更舒适的环境条件。同时，本发明也可应用在热交换器上。

虽然上面已参照优选实施方式描述和示出了本发明，显然，对于本领域技术人员来说，在不超出本发明构思和范围的前提下可进行各种改型和变换。因此，本发明应涵盖在所附权利要求及其等同物的范围内的那些改型和变换。

Claims (5)

1.一种流动扩散机构，包括：

至少一个入口，流体流通过所述入口被引入；

一流动分离装置，其用于将通过所述至少一个入口被引入的流体流分离成至少两股流体流；

一出口，其用于排出被所述流动分离装置分离的至少两股流体流中的至少两股，随后再将它们汇流到一起，

其中，在靠近所述出口处形成复合涡系，因而使通过所述出口排出的所述流体流摇摆地流动，其中，所述出口被设置在一空间内；所述流动扩散机构还包括被安装在所述空间内的预定部位的两个凹槽，

其中，从所述出口排出的流体大体上沿直线左右摇摆地前进，撞击另一侧的壁，并沿所述壁运动，再次撞击壁角，然后以与排出方向相反的方向沿所述壁运动，并且由于存在所述凹槽，所述空间内的空气通过所述凹槽被驱出，

其中，该两个凹槽在横向于通过出口排出的流体的运动方向的直线上相互面对地设置。

2.按照权利要求1所述的流动扩散机构，其中，所述两个凹槽相互面对地被安装在横向于通过所述出口排出的流体的运动方向的直线上。

3.一种热交换器，其包括如权利要求1至2中任一项所述的流动扩散机构。

4.一种冰箱，其包括如权利要求1至2中任一项所述的流动扩散机构。

5.一种空调器，其包括如权利要求1至2中任一项所述的流动扩散机构。

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