CN102109206B - 可生成正、负气压的风力驱动通风机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可生成正、负气压的风力驱动屋顶通风机，用于实现空气吸入、气体排出功能。该风力驱动屋顶通风机包括一个外形符合空气动力学要求的对称帽，当风遇到对称帽的背面时，对称帽的前开口处可以产生负气压，将室内场所气体的排出；当风遇到对称帽的前开口时，对称帽会对空气引流，从而实现空气的吸入。这样，风力驱动屋顶通风机在无需使用外接电源、风扇和/或涡轮设备的情况下，就可以产生正、负气压。

Description

可生成正、负气压的风力驱动通风机

技术领域

本发明涉及通风机，尤其是可以生成正、负气压的屋顶风力驱动通风机。

背景技术

常见的屋顶通风机多用于排放室内场所，如浴室、厨房、工业厂房，所产生的热气、不良气体及浑浊气体，促使空气流通。这种空气流通可以很好地除去积聚的湿气，从而预防建筑结构腐烂以及细菌生长。常见的屋顶通风机并不好看，还被鸟类和昆虫选为栖息之所。此外，常见的屋顶通风机设计高度过高，且结构呈多片形，不易安装，也无法适应不同的屋顶坡面。而且，屋顶通风机必须具有牢固的结构来承受运输和操作中的压力。

常见的屋顶通风机可分为主动型和被动型。主动型屋顶通风机可由人工电源驱动，并配有电扇或鼓风机以产生更大的气流。由于通风机自身的成本以及安装中必要的电线配置，安装这种主动型通风机需要大量的初始投资。同时，采用依靠人工电源驱动屋顶通风机也会增加建筑物的经营成本。此外，主动型屋顶通风机中电扇或鼓风机的运动部件，如风扇叶片和转子，也需要不断进行保养和维修。另外，由于住宅公寓楼和商业写字楼的屋顶空间要比工业厂房的屋顶空间小得多，因此如何将前述电扇或鼓风机安装到住宅公寓楼的通风机上尤其有问题。

有些被动型屋顶通风机可以像百叶窗一样简单，仅仅允许热空气排出。其它被动型通风机利用风作用在径向阵列风扇叶片的旋转涡轮风扇产生旋转力。该旋转力可以产生必要的负压从而排出室内场所累积的气体。但是，这种旋转涡轮通风机一般不能在较低风速，例如小于2m/s，的条件下产生负压。另外，在较高的风速下，其产生较大负压的能力也比较差，也不能产生足以向室内场所送气所必须的正压力。

发明内容

一种用于产生正、负压力的风力驱动屋顶通风机装置，包括一个用于限定前开口的弧形对称帽。弧形对称帽包括连接为一体结构的第一部分和第二部分。第一部分相对于第一水平面呈125度角，第二部分相对于平行于第一水平面的第二水平面呈34度角，两水平面不是同一水平面。弧形对称帽被设置成当风流经由弧形对称帽限定的前开口时就会产生正气压；当风流经弧形对称帽的背面时就会产生负气压。

风力驱动屋顶通风机被设置成当风流经由弧形对称帽限定的前开口时，风力驱动屋顶通风机可以将空气吸入室内场所；当风流经弧形对称帽的背面时，风力驱动屋顶通风机可以将室内场所的空气排出。当风流经弧形对称帽的背面时，弧形对称帽限定的前开口处就会产生负气压区域；当风流经弧形对称帽的背面时，弧形对称帽限定的前开口前面会产生一个分离点。

弧形对称帽的背面与弧形对称帽限定的前开口相对设置。在某些实施方式中，第一水平面可以与弧形对称帽的近端相交，而第二水平面位于弧形对称帽的近端和远端之间。

在某些实施方式中，弧形对称帽第一部分的长度比第二部分的长度短。例如，弧形对称帽的第一部分与第二部分的长度比可以是16.3∶40.1。

在某些实施方式中，风力驱动屋顶通风机包括连接于弧形对称帽上的定向尾。弧形对称帽被设置成当定向尾面向弧形对称帽的背面时，就会产生正气压；当定向尾面向弧形对称帽的前开口时，就会产生负气压。定向尾可以包括一个垂直尾翼和两个或多个垂直于垂直翼的水平翼。定向尾可以通过一个或多个紧固件连接到弧形对称帽上。

在某些实施方式中，弧形对称帽的远端具有突出突出檐，其厚度可以与弧形对称帽其余部分的厚度不同。

在某些实施方式中，风力驱动屋顶通风机可在不使用外接电源或风扇的情况下，产生正、负气压。

在某些实施方式中，弧形对称帽可以连接到轴承腔中，该轴承腔可以使得弧形对称帽作相对旋转运动。风力驱动屋顶通风机可以由塑料制成。在某些实施方式中，风力驱动屋顶通风机可以包括水冷却器装置，用于冷却空气，但又无需借助外接电源。

在随后的附图和说明书部分将对风力驱动屋顶通风机在一个或更多实施方式中的具体结构予以详述，能够实施的其它方式也可以从附图、具体实施例和权利要求书中明显得出的。

附图说明

图1是一个未组装的风力驱动通风机和已组装的水冷却器实施例的三维透视图，

图2是图1中未组装的风力驱动通风机实施例的爆炸的三维透视图，

图3a是用于产生负气压图2中风力驱动通风机实施例的三维透视图，

图3b是用于产生正气压图2中风力驱动通风机实施例的三维透视图，

图4是图2中未组装的风力驱动通风机实施例的对称弧形帽装置部分的横截面剖视图

图5是图1中未组装的水冷却器实施例的爆炸三维透视图

附图标记所指部件与本发明内容、具体实施例中所涉部件相一致。

具体实施方式

正如前文所述，本风力驱动屋顶通风机可用于产生正、负气压，从而吸入空气及排除气体。本风力驱动屋顶通风机包括一个符合空气动力学外形的对称弧形帽，以便于当风流经该对称帽的背面，对称帽的前开口处会产生负压区域，从而排出室内场所的气体；当风流经对称帽的前开口，对称帽会对空气引流，从而实现空气的吸入。因此，本风力驱动屋顶通风机可以在无需外接电源、风扇和/或涡轮设备的情况下，产生正、负气压。对称帽相对于风力的方向变化可由定向尾控制，具体详见下文。

如图1所示，风力驱动屋顶通风机包括一个对称帽装置A，一个定向尾装置B，一个用于将对称帽装置A和定向尾装置B耦合安装在图中所示的水冷却器装置D上，或者可选的，也可以安装在建筑管道、轴状物或输送管道等装置上的耦合器C。水冷却器装置D可以将风力驱动屋顶通风机吸入室内场所的空气冷却。在某些实施方式中，如图1所示的实施方式，对称帽装置A、定向尾装置B、耦合器C和水冷却器装置D作成独立的部件可通过活动链接、粘合剂、和/或如螺丝或螺钉的紧固件将这些部件组装使用。在另外的实施方式中，可将对称帽装置A、定向尾装置B、耦合器C和水冷却器装置D依次连接，例如通过铸造的方式使它们彼此连接。

在某些实施方式中，如果风力持续地吹向一个方向，风力驱动屋顶通风机可以仅保留对称帽装置A，因为不需要定向尾装置B控制对称帽装置A朝向风力的方向。在其它的实施方式中，风力屋顶通风机仅包含对称帽装置A和定向尾装置B，以便于这样定向尾装置B直接连接到建筑管道、轴状体或输送管道等装置上。然而在另外一些实施方式中，风力驱动屋顶通风机也可以包含对称帽装置A、定向尾装置B和耦合器C，以便于风力屋顶通风机不包括水冷却器装置D，并且，如这样设置，耦合器C将直接连接到建筑管道、轴状体或输送管道等装置上。这种风力驱动屋顶通风机适于利用负压力排出室内空气，因为此时不需要将通过通风机的空气冷却。这样的实施方式优选在屋顶通风机被配置产生负压来排出空气但是，如这样设置，通过风力驱动的屋顶通风机冷却空气是没有好处的。还有一些实施方式中，风力驱动屋顶通风机也可以仅包含对称帽装置A、定向尾装置B和水冷却器装置D，以便于尾装置B不用通过耦合器C直接连接到水冷却器装置D上或建筑管道、轴状物或输送管道等装置上。

对称帽装置A、定向尾装置B、耦合器C和水冷却器装置D可以由一种或多种不同材料制成，但这些材料在风压的作用下必须具有很好的抗变形能力。此外，由于风力驱动屋顶通风机长期暴露于空气之中，因此上述装置的制造材料也必须能够承受阳光和温度的变化而不发生形变。这些制造材料还需要有足够的光滑度，以减少风对屋顶通风机的阻力。这种或者这些材料可以是塑料，例如聚碳酸酯，聚丙烯，和/或尼龙，金属如铝和/或不锈钢，玻璃纤维，以及任何其他合适的材料。

如图2所示，对称帽装置A包括对称帽1，位于对称帽1外远端的突出檐突出檐2，第一圆筒3，一对通孔4(其中之一图中未显示)，径向轮辐5，轴承腔6，螺丝7和垫圈8。如前所述，对称帽1外形要符合空气动力学要求，以便于当风流经对称帽1的背面，对称帽1的前开口处会产生负压力，从而实现气体排出；当风流经对称帽1的前开口，对称帽会对空气引流，从而实现空气的吸入。当风流经对称帽1的背面，对称帽1的前开口的前面会产生一个分离点和一个负压区，如产生在堆成帽1前开口的前面的气旋。

此外，对称帽1可以阻止外界物质，如雨、雪、和/或鸟类排泄物进入建筑管道、轴状物或输送管道等装置中。对称帽1具有圆形结构，例如弧形，在位于对称帽1的外远端是突出檐突出檐2。突出檐2的厚度可以和对称帽1其它部分的厚度相同或不同。例如，在某些实施方式中，如图4所示的实施方式，突出檐2比对称帽1的其余部分要厚，以便于风就可以垂直作用于突出檐2。突出檐2的厚度是可变的，例如可以在3-5mm范围内。

对称帽1可以与具有圆形横向截面第一圆筒3连接，也可以与第一圆筒3作成一体结构。第一圆筒3包括一对通孔4(其中之一图中未显示)，该两通孔位于第一圆筒3同一直径的相对侧，并与定向尾装置B上的一对通孔50相配合，以便于对称帽装置A可以连接到定向尾装置B上。

轴承腔6通过径向轮辐5连接到第一圆筒3上。尽管图2所示的径向轮辐5为3个，但是在某些实施方式中，任何数量不小于2个的径向轮辐5都可以满足使用需要。而且，使用的径向轮辐5的数量越多，轴承腔6和第一圆筒3之间的连接强度就越大。在某些实施方式中，轴承腔6可以包括多个球轴承，便于对称帽装置A在低摩擦的条件下自由旋转。在另外一些实施方式中，轴承腔6可以是一个实心的突轴，沿其竖直轴方向开有一圆形通孔，用于与耦合器C的突轴14相配合。螺丝7穿过垫圈8插入突轴14的通孔15中，详见如下。

定向尾装置B包括定位尾9，其可以连接到第二圆筒，也可以是与第二圆筒作成一体结构。该第二圆筒上有一对通孔50。在某些具体实施方式中，第二圆筒可以是一个部分圆筒，以便第二圆筒具有不完整的，例如半圆形，水平横截面。定位尾9的近端与第二圆筒相连，其远端有一个垂直翼。一旦风力驱动屋顶通风机装配好，定向尾9可以围绕耦合器C的突轴14旋转360度，以便于垂直翼总是与风向平行。

对称帽装置A的通孔4与定向尾装置B的通孔50对齐，并通过螺钉10实现对称帽装置A与定向尾装置B的连接。这样一来，对称帽装置A不能绕定向尾装置B旋转，以便于定向尾9能够维持对称帽1的后侧的方向或者对称帽1的前开口方向与风向平行。

在某些实施方式中，如图2所示的实施方式，定向尾9也可以包括两个沿定向尾9的近端向远端延伸的水平翼，且该二水平翼与该定向尾9的相对侧垂直突出设置。在其它实施方式中，定向尾9也可以不包括水平翼。

在某些实施方式中，如图2所示的实施方式，定向尾9轴线上由近端到远端的水平长度大于其垂直翼的竖直长度。在其它的实施方式中，定向尾9的垂直翼的竖直长度大于其轴线上由近端到远端的水平长度。

耦合器C包括一个第三圆筒12，径向轮辐13和限定通孔15的突轴14。尽管图2所示的径向轮辐13为3个，但在某些实施方式中，任何数量不小于2个的径向轮辐都可以满足使用需要。而且，使用的轮辐的数量越多，突轴14和第三圆筒12之间的连接强度就越大。突轴14通过轴承11插入到对称帽装置A的轴承腔6中，以便突轴14的上表面就可以与轴承腔6的上表面对齐。将螺丝7穿过垫圈8插入通孔15中，用以完成风力驱动屋顶通风机的装配。一旦装配完成，突轴14就可以在轴承腔6中自由旋转，以便对称帽装置A和定向尾装置B就可以一起相对于耦合器C旋转。

在某些实施方式中，通孔15可以沿突轴14的整个竖直长度方向延伸。在其它的实施方式中，通孔15也可以仅沿突轴14的部分竖直长度方向延伸，只要足够容纳整个螺丝7即可。

总之，为实现风力驱动屋顶通风机的装配，对称帽装置A可以通过螺丝10连接到定向尾装置B上。然后，耦合器C的突轴14穿过定向尾装置B，并通过垫圈8、轴承11和螺丝7与对称帽装置A相连。

为使风力驱动通风机产生负气压，定向尾装置B可以按照图3a所示连接到对称帽装置A上，以便于定向尾9面向对称帽1限定的前开口。在这种装配方式下，对称帽1的背侧将面向风向，因此可在对称帽1的前开口处产生负压区。

为使风力驱动通风机产生正气压，定向尾装置B可以按照图3b所示连接到对称帽装置A上，以便于定向尾9面向对称帽1的背侧。在这种装配方式下，对称帽1的前开口将面向风向，因此可在对称帽1的前开口处产生正压区。

图4为沿对称帽装置A的中心，从远端到锦缎轴线方向的对称帽装置A横截面剖视图。对称帽1包括两部分，分别为1a和1b。如图4所示，第一部分相对于垂直于对称帽装置A的轴向剖切面的第一水平面呈125度角，并与对称帽1的近端相交。某些实施方式下，第一部分1a相对于垂直于对称帽装置A的轴向剖切面的第一水平面的角度可以在115-135度之间，并与对称帽1的近端相交。第二部分1b相对于位与第一水平面平行的第二水平面呈34度角且该第二部分1b位于对称帽1近端以及对称帽1远端之间。某些实施方式中，第二部分1b相对于与第一水平面平行的第二水平面的角度可以在30-40度之间且该第二部分1b位于对称帽1的近端与对称帽1远端之间。大量试验表明，图4所示的角度使得对称帽1的外形满足空气动力学要求，能够产生正、负气压，从而在不利用外接电源、风扇和/或涡轮、或者运动部件如风扇叶片等设备的情况下，最大限度地实现气体的吸入和排出。

对称帽1沿第一圆筒3呈120度方向延伸，并关于第一圆筒3中心竖直轴对称。在某些实施方式中，对称帽1可以沿第一圆筒3成100-160度方向延伸。

第一部分1a的长度短于第二部分1b。在某些实施方式中，第一部分的长度可以是81.5mm，而第二部分的长度为200.5mm。这样，第一部分1a与第二部分1b的长度比为16.3∶40.1。尽管在某些实施方式中，对称帽1的尺寸可以有所变化，但第一部分1a与第二部分1b的角度以及第一部分1a与第二部分1b的长度比必须保持恒定，以便于对称帽1的空气动力学特性不会发生改变。

如图5所示，水冷却器装置D包括第四圆筒16，通孔17，通孔18，通孔19，捻子20，可吸水的织物21，把手22和水箱23。捻子20和可吸水的织物21可由吸水性材料制成，如棉花。第四圆筒16的远端可以连接到如图1所示到耦合器C上；或者可选的在风力驱动屋顶通风机没有耦合器C的情况下，也可以直接连接到定向尾装置B上。第四圆筒16的近端可以连接到建筑管道、轴状物或输送管道等装置上(图中未显示)。

织物21的某些区域被捻子20缠绕，以便于织物21就可以持续从捻子20处吸取水分，并保持湿润。把手22连接到织物21的远端和近端，从而便于织物21从第四圆筒16中插入或取出。一旦织物21插入到第四圆筒16的内表面，通过第四圆筒16的空气在湿润织物21的作用下自然冷却。将捻子20穿过第四圆筒16的通孔19，这样就可以与水箱23中的水持续性接触。

水箱23包括水位控制阀24，湿度控制阀25，软管接头26，水箱罩27，通孔28和螺钉29。水最初由软管供应(图中未显示)，然后通过软管接头26进入水箱23。水箱23中的藏水量由水位控制阀24控制。允许捻子20接触的水流速度和水量由湿度控制阀25控制，以便于流过捻子20的水量越多，通过第四圆筒16的空气的湿度越大。水箱罩27通过螺钉29螺入通孔，从而连接到水箱23上，可以防止碎片或者外物落入水箱23内。水箱23通过螺钉29螺入通孔18，从而连接到第四圆筒16上。

由于通过水冷却器装置D的空气流是由风力驱动屋顶通风机产生的正、负气压生成的，所以水冷却器装置D可以在不使用外接电源、风扇和/或涡轮设备的情况下将气体冷却。如此，在无需使用电力的情况之下，气体就可以被冷却并输入室内场所。

与以往的通风机相比，本发明风力驱动屋顶通风机具有很多优点。例如，如前文所述，本发明风力驱动屋顶通风机可以在不使用外接电源、风扇和/或涡轮、运动部件如风扇叶片等设备的情况下，实现室内气体排出和室外空气吸入的功能，从而性能更加可靠、成本更低，因此，本发明风力驱动屋顶风机可以达到节约电力、减少噪音的效果。此外，对称帽设计优雅、并符合空气动力学的特点，使得本发明风力驱动屋顶通风机零件少、耗材少、制造成本低。同时，本发明风力驱动屋顶通风机可以适用任何坡面的屋顶，也可以在任何风力环境下工作。

另外，本风力驱动屋顶通风机可以比现有已知的通风机更高效的实现气体的排出和吸入。例如，从现有的涡轮通风机和本发明风力驱动屋顶通风机在不同风力环境下产生的空气速度的实验结果来看，本发明风力驱动屋顶通风机产生空气的速度总是更高，详细数据见下表：

3	2.5	1.7	0.2
				4.2	3.2	2.2	0.9
5.4	4.6	3.3	1.3

此外，值得注意的是，现有的涡轮通风机在风速小于2m/s的情况下根本无法工作，而本发明风力驱动屋顶通风机在任何风速的情况下都可以正常工作，因此能够适用在更为广泛的地理区域中。

据此可以理解本发明风力驱动屋顶通风机并不限说明的特定装置、设备或用途。任何可以达到相同功能、用途的装置或设备的等效替换都包含在本发明构思之内。例如，尽管本发明内容、具体实施例部分将通风机限定用于建筑物屋顶，但实践中该通风机也可以用于其它需要抽气或真空的场合。

据此还可以理解，本发明说明书中使用的技术术语仅用于描述具体实施例，并不起限定作用。例如，本说明书中的单数形式的零部件也包含复数状态的情况，文中另有明确说明的除外。

同样，符合本发明构思的其它实施方式也在本发明保护范围内。

Claims (20)

1.一种可生成正、负气压的风力驱动屋顶通风机，所述可生成正、负气压的风力驱动屋顶通风机包括： 

弧形对称帽，其包括一体形成的第一部分和第二部分，其特征在于： 

所述的弧形对称帽限定前开口， 

所述的第一部分相对于第一水平面约成125度角， 

所述的第二部分相对于平行于所述的第一水平面且与所述的第一水平面不是同一水平面的第二水平面约成34度角， 

当风流经所述弧形对称帽限定的所述前开口时产生正气压，并且 

当风流经所述弧形对称帽的背面时产生负气压。 

2.如权利要求1所的述风力驱动屋顶通风机，其特征在于，所述弧形对称帽的所述第一部分与所述第二部分的长度比为16.3：40.1。 

3.如权利要求1所述的风力驱动屋顶通风机，还包括连接到所述弧形对称帽的定向尾，其特征在于， 

当所述定向尾面向所述弧形对称帽的背面时产生正气压，并且 

当所述定向尾面向所述弧形对称帽限定的所述前开口时产生负气压。 

4.如权利要求3所述的风力驱动屋顶通风机，其特征在于，所述定向尾包括垂直翼。 

5.如权利要求4所述的风力驱动屋顶通风机，其特征在于，所述定向尾还包括两个或多个与所述垂直翼相垂直的水平翼。 

6.如权利要求1所述的风力驱动屋顶通风机，其特征在于，所述弧形对称帽的背面位于所述弧形对称帽限定的前开口的对面。 

7.如权利要求1所述的风力驱动屋顶通风机，其特征在于，当风流经所述弧形对称帽限定的所述前开口时所述弧形对称帽向室内吸入空气。 

8.如权利要求1所述的风力驱动屋顶通风机，其特征在于，当风流 经所述弧形对称帽的背面时，所述弧形对称帽将气体从室内排出。 

9.如权利要求1所述的风力驱动屋顶通风机，其特征在于，当风流经弧形对称帽的背面时，所述的弧形对称帽限定的所述前开口处产生负气压区域。 

10.如权利要求1所述的风力驱动屋顶通风机，其特征在于，所述风力驱动屋顶通风机由塑料制成。 

11.如权利要求1所述的风力驱动屋顶通风机，其特征在于，所述弧形对称帽的远端有突出檐。 

12.如权利要求11所述的风力驱动屋顶通风机，其特征在于，所述突出檐的厚度与所述弧形对称帽其它部分的厚度不同。 

13.如权利要求1所述的风力驱动屋顶通风机，其特征在于，所述第一水平面与所述弧形对称帽的近端相交。 

14.如权利要求1所述的风力驱动屋顶通风机，其特征在于，所述的第二水平面位于所述弧形对称帽的近端与远端之间。 

15.如权利要求1所述的风力驱动屋顶通风机，其特征在于，所述弧形对称帽连接到可以使其旋转的轴承腔中。 

16.如权利要求1所述的风力驱动屋顶通风机，其特征在于，所述风力驱动屋顶通风机无需使用外接动力源即可产生正、负气压。 

17.如权利要求1所述的风力驱动屋顶通风机，其特征在于，所述风力驱动屋顶通风机无需使用风扇即可产生正、负气压。 

18.如权利要求1所述的风力驱动屋顶通风机，其特征在于，还包括水冷却装置。 

19.如权利要求18所述的风力驱动屋顶通风机，其特征在于，所述水冷却装置无需使用外接动力源即可冷却空气。 

20.如权利要求1所述的风力驱动屋顶通风机，其特征在于，当风流 经所述弧形对称帽的背面时，在所述弧形对称帽限定的所述前开口的前面产生分离点。