CN102758802A - 防护罩、风扇组件及空调器室外机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种防护罩、风扇组件及空调器室外机，该防护罩的外侧设置用于引导气流流动的导风组件。风扇组件包括相邻设置的叶轮和防护罩，防护罩包括格栅、导风组件和外缘加强筋，导风组件设置在格栅和外缘加强筋之间，导风组件包括若干导叶，叶轮包括若干叶片。本发明通过设置防护罩外侧的导风组件，可以改善空气的流动，提高风量、改善散风现象、提高换热效率以及降低噪音。

Description

防护罩、风扇组件及空调器室外机

技术领域

本发明涉及空气调节技术领域，尤其涉及一种风扇的防护罩、风扇组件及空调器室外机。

背景技术

空调器室外机中设置的风扇，在空调器运行时主要用于给换热器换热，让空气与换热器做热交换。在室外机风扇的外侧通常设置防护罩，该防护罩一般为圆形格栅和方形格栅两种结构形式，图1是圆形格栅结构，在格栅上设有径向和周向的格栅条，径向和周向格栅条是￠5钢丝，由若干周向格栅条构成半径依次增大5～10mm的同心圆，径向格栅条一般是12根，沿径向平均分布并固定在圆形格栅上；图2是方形格栅结构，由纵向和横向格栅条组成，纵向和横向格栅条是￠5钢丝，其中，纵向每根钢丝的间距为150～250mm，横向每根钢丝的间距为10～20mm。

上述圆形格栅和方形格栅结构的防护罩主要是从通风和安全的角度来设计，可保证人的手指不能触摸到高速运转的风叶，在通风和安全性方面基本能满足空调器的要求。但是，从换热器出来的空气在通过防护罩时，外围气流容易出现散风现象，在制冷时，这种散风现象的热空气有一部分容易被吸入空调器的换热器中，导致换热器的换热效率下降，情况恶劣时，甚至会出现压缩机由于温度保护被强制停机，而使空调器无法正常使用的现象；另外，当空调器室外机风扇运行时，流动的空气之间互相冲扰，与格栅条等周围物体发生摩擦，加上风扇叶片对气流产生分离的作用，使空调器室外机除压缩机运行产生噪音外，风扇运行也产生噪声，而且，当风扇转速增大，空气流速增快、湍流更多，使风噪更大，风噪会随着风速的提高呈加速度增大。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种防护罩、风扇组件及空调器室外机，旨在改善空气的流动，另外该防护罩、风扇组件及空调器室外机还可以用于提高风量、改善散风现象、提高换热效率以及降低噪音。

为了达到上述目的，本发明提出的一种防护罩，防护罩的外侧设置用于引导气流流动的导风组件。

优选地，导风组件包括若干导叶。

优选地，防护罩还包括格栅和外缘加强筋，导风组件设置在格栅和外缘加强筋之间，格栅位于导风组件的内侧，外缘加强筋位于导风组件的外侧，导叶的一端连接格栅的外侧边缘，另一端连接外缘加强筋的内侧边缘。

优选地，导叶相对于防护罩的主体平面倾斜设置，具有用于引导气流流动并改变气流方向的导风面。

本发明还提出一种风扇组件，风扇组件包括相邻设置的叶轮和防护罩，防护罩包括格栅、导风组件和外缘加强筋，导风组件设置在格栅和外缘加强筋之间，导风组件包括若干导叶，叶轮包括若干叶片。

优选地，叶片的叶型倾斜的方向与导叶的叶型倾斜的方向相反。

优选地，相对于叶轮的旋转方向，导叶的中部向旋转方向的前方凸出，导叶两端的位置落后于导叶中部的位置。

优选地，导叶的一端连接格栅的外侧边缘，另一端连接外缘加强筋的内侧边缘。

优选地，相对于叶轮的旋转方向，导叶与外缘加强筋的连接部位的位置落后于其与格栅的外侧边缘的连接部位的位置。

优选地，相对于叶轮的旋转方向，叶片的前缘处于旋转方向上的靠前位置，叶片的后缘的位置落后于其前缘，导叶的前缘的位置落后于其后缘，叶轮将空气排出到防护罩。

优选地，导叶叶型的前缘方向角为35～60°，后缘方向角为35～60°，叶型安装角为30～60°。

优选地，导叶设置在格栅的外围，叶片的最外侧边缘设置在对应格栅的外侧边缘与外缘加强筋的内侧边缘之间的位置。

本发明还提出一种空调器室外机，包括上述风扇组件，叶轮安装在空调器室外机的内部，防护罩安装在空调器室外机的外侧面板上。

本发明提出的一种防护罩、风扇组件及空调器室外机，通过罩设在风扇叶轮外的防护罩格栅的周边设置导风组件，该导风组件由若干以预定规则设计的导风叶片围绕格栅排列组成，可以改善空气的流动，提高风量，改善散风现象、避免空气回流至空调器室外机中，提高了空调器室外机的换热效率，同时还可降低空调器室外机的噪声。

附图说明

图1是现有的空调器送风格栅结构示意图；

图2是现有的另一空调器送风格栅结构示意图；

图3是本发明风扇组件的立体结构示意图；

图4是图3所示风扇组件的背面立体结构示意图；

图5是本发明风扇组件的主视图；

图6是图5所示风扇组件的左视图；

图7是图5中的S部放大图；

图8是本发明风扇组件中导叶的叶型示意图；

图9是本发明风扇组件的工作原理图；

图10是本发明风扇组件中导叶的速度三角形。

为了使本发明的技术方案更加清楚、明了，下面将结合附图作进一步详述。

具体实施方式

参见图3至图6，图3是本发明风扇组件的立体结构示意图，图4是图3所示风扇组件的背面立体结构示意图，图5是本发明风扇组件的主视图，图6是图5所示风扇组件的左视图，风扇组件包括防护罩1和叶轮2，防护罩1设置在叶轮2的正面，防护罩1的中心位于叶轮2的旋转轴线上，两者前后排列。叶轮2安装在驱动装置（未图示）的叶轮轴上，由驱动装置带动并旋转，该驱动装置可以是电动机等动力设备。

防护罩1包括中心基板11、格栅12、导风组件13和外缘加强筋14。中心基板11是圆形板状部件，位于防护罩1的中部。格栅12设置在中心基板11的外围，包括若干周向格栅条121和若干径向格栅条122，周向格栅条121为圆环状，各周向格栅条121由内到外依次环绕设置在中心基板11的外围；若干径向格栅条122分别设置在中心基板11的边缘与最内侧的周向格栅条121之间以及两相邻的周向格栅条121之间，沿径向（中心基板11或者周向格栅条121等的直径方向）延伸，将格栅12固定在中心基板11上以及将两相邻的周向格栅条121相互固定。导风组件13环绕格栅12设置，内侧连接最外侧的周向格栅条121，外侧连接圆环状的外缘加强筋14。

中心基板11、各周向格栅条121和外缘加强筋14的中心（圆形）位于同一轴线上，在本实施中，该轴线还被设计成与叶轮2的旋转轴线重合，为了描述方便，下文将该轴线统一定义为风扇轴，即中心基板11、各周向格栅条121和外缘加强筋14的中心设置在该风扇轴上，叶轮2绕该风扇轴旋转。需要说明的是，上述设置只是一种较佳的实现方式，在实际应用时可以根据需要进行其他合理的设置，并且容许存在一定程度的偏差。

进一步地，周向格栅条121和外缘加强筋14的截面形状大致呈方形，周向格栅条121的截面宽度（径向距离）为8mm～12mm、截面厚度（轴向距离）为8mm～10mm，外缘加强筋14的截面宽度为10mm～15mm、截面厚度为8mm～10mm。定义中心基板11的直径为D₀，叶轮2的旋转直径为D_a，外缘加强筋14的直径为D_b；对于周向格栅条121，从内到外，最内侧的周向格栅条121定义为第一周向格栅条，与其相邻的为第二周向格栅条，位于第二周向格栅条外侧的为第三周向格栅条，以此类推，最外侧的周向格栅条121定义为第n周向格栅条（n为周向格栅条121的数量，在本实施例中n=17），并且定义第一周向格栅条直径为D₁，第二周向格栅条直径为D₂，第三周向格栅条直径为D₃……第n周向格栅条直径为D_n。上述中心基板11的直径D₀是指中心基板11的边缘到风扇轴的垂直距离，叶轮2的旋转直径D_a是指风叶转动扫掠面的直径，周向格栅条121和外缘加强筋14的直径是指其截面中心到风扇轴的垂直距离。上述各直径存在如下关系：

D₀=(1/5～1/4)D_a；

D₁=D₀+(1/10～1/8)D₀；

D₂=D₁+(1/10～1/8)D₁；

D₃=D₂+(1/10～1/8)D₂；

……

D_n=D_n-1+(1/10～1/8)D_n-1；

D_b=D_n+(1/8～1/7)D_n；

另外，由于防护罩1通常需要覆盖叶轮2，因此，D_b>D_a，周向格栅条121的数量n需要满足上述关系。优选地，D_b比D_a大30-60mm。

从上述关系可知，本发明的防护罩1将从内到外的各周向格栅条121的直径设计成等比递增的形式，各周向格栅条的直径比前一周向格栅条的直径大1/10～1/8，且逐渐向叶轮2靠近，即各周向格栅条121处在不同的平面上，从内到外逐渐往一侧偏移，越往外的周向格栅条121越靠近叶轮2，最内侧的周向格栅条121距离叶轮2最远，最外侧的周向格栅条121距离叶轮2最近，使防护罩1呈类似于球拱的形状，由内向外逐级分布，呈辐射状设置。优选地，各周向格栅条121从内到外往一侧偏移的距离也设计成等比递增的形式，与直径的递增对应。

球拱的最高点是中心基板11的中心，球拱的最低点是外缘加强筋14（导风组件13和外缘加强筋14也依次逐渐向叶轮2靠近），其高度（即最高点到外缘加强筋14所在平面的距离）为(1/3～1/2)D₀。从图6的左视图看，防护罩1侧面的轮廓呈弓形。相较于将格栅条等距布置在同一平面上的防护罩，本发明的防护罩1通过直径等比递增且呈球拱状布设的周向格栅条121可以改善风扇组件中的空气流动、提高风量和降低噪音。

参见图3和图5，在中心基板11的边缘与最内侧的周向格栅条121之间以及两相邻的周向格栅条121之间均匀设置有一定数量的径向格栅条122，这些径向格栅条122在径向方向上被周向格栅条121分割成多层，定义连接中心基板11与第一周向格栅条的径向格栅条122为第一层径向格栅条，连接第一周向格栅条与第二周向格栅条的径向格栅条122为第二层径向格栅条，连接第二周向格栅条与第三周向格栅条的径向格栅条122为第三层径向格栅条，以此类推，连接第n-1周向格栅条与第n周向格栅条的径向格栅条122为第n层径向格栅条（在本实施例中径向格栅条的层数与周向格栅条的数量相等，n=17）。各层包含的径向格栅条数量存在一定的差异，外侧层的径向格栅条122的数量比内侧层多，以便保证格栅12的结构强度，具体如下：第一至四层的径向格栅条122以相隔30°的角度（π/6弧度）间隔排列成环状阵列，第五至十二层的径向格栅条122以相隔15°的角度（π/12弧度）间隔排列成环状阵列，第十三至十七层的径向格栅条122以相隔7.5°的角度（π/24弧度）间隔排列成环状阵列。另外，相邻两层的径向格栅条122以有序的方式错开布置。以上述方式设置的径向格栅条122除了能够将中心基板11与格栅12、两相邻的周向格栅条121分别连接固定外，还能在满足格栅12的强度需求、同时配合周向格栅条121以直径等比递增的方式设置的情况下减少径向格栅条122的数量，从而降低防护罩1的整体质量，同时对改善空气流动、提高风量和降低噪音也具有一定的贡献。

参见图7，图7是图5中的S部放大图，导风组件13包括若干导叶131，这些导叶131的一端连接最外侧的周向格栅条121的外侧面，另一端连接外缘加强筋14的内侧面，各导叶131等间距分布形成一个环绕风扇轴的导叶阵列，在本实施例中，各导叶131相隔2.5～3°依次排列成环状阵列。

导叶131是一个相对于防护罩1的主体平面倾斜设置的、中部朝一侧隆起且整体弯曲的板状结构，该板状结构两侧的两个曲面作为导风面，用于引导并改变气流的方向。导叶131靠近叶轮2的一端边缘为前缘，气流由该端进入并穿过导风组件13，导叶131相对远离叶轮2的一端边缘为后缘。以导叶131的一个导风面为例，前缘和后缘分别由四段圆弧构成，AB、BC、CD和DE四段圆弧处于后缘，FG、GH、HI和IJ四段圆弧处于前缘，定义圆弧AB、BC、CD、DE、FG、GH、HI和IJ的半径分别为R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8，上述A、B、C、D、E、F、G、H、I和J分别为后缘和前缘上的节点。根据多次试验的结果，上述各半径的优选配置为：R1＝95～105mm，R2=R1×43%，R3=R1×45%，R4=R1×108%，R5=R1×106%，R6=R1×61%，R7=R1×44%，R8=R1×98%，AJ和EF的空间角度为60～70°，BI和CH的空间角度为30～35°，CH和DG的空间角度为30～35°，优选地，BI和CH的空间角度等于CH和DG的空间角度。

参见图8，图8是本发明风扇组件中导叶的叶型示意图，导叶叶型（假想的切割面是以风扇轴为轴线且经过B点的圆柱面）的弦长b优选为12～16mm，叶型的最大厚度c优选为1～3mm，叶型中线最大挠度f优选为2～5mm，叶型前缘至最大厚度处的距离e优选为4～7mm，叶型前缘至最大挠度处的距离a优选为5～9mm，前缘方向角X1优选为35～60°，后缘方向角X2优选为35～60°，叶型安装角优选为30～60°。在本实施例中，弦长b为12mm，最大厚度c为2mm，叶型中线最大挠度f为3.4mm，叶型前缘至最大厚度处的距离e为4mm，叶型前缘至最大挠度处的距离a为5.3mm，前缘方向角X1为48°，后缘方向角X2为43°，即弯曲角θ为91°，叶型安装角为36°。

叶轮2包括轮毂21和若干叶片22，轮毂21固定在驱动装置的叶轮轴上，由驱动装置带动绕风扇轴旋转，若干叶片22均匀固定在轮毂21的外围圆周面上。定义防护罩1的外侧（即与叶轮2相对的一侧）为外部区域，该外部区域靠近观察者或者使用者；定义叶轮2的外侧（即与防护罩1相对的一侧）为内部区域，该内部区域远离观察者或者使用者。在本实施中，空气在风扇组件的作用下，由内部区域向外部区域流动，叶轮2所处的一侧为进气口（抽气口），防护罩1所处的一侧为出气口（排气口）。参见图5，在风扇组件的主视图上，从外向内观察（定义即观察者站在风扇组件的外部，从防护罩1一侧沿风扇轴的方向透过防护罩1往叶轮2一侧观察），叶轮2为逆时针旋转；参见图6，在风扇组件的左视图上，气流从风扇组件的左侧进入，经叶轮2和防护罩1后，从右侧排出。对于叶轮2，远离防护罩1的一侧为进气口，靠近防护罩1的一侧为出气口；对于防护罩1，靠近叶轮2的一侧为进气口，远离叶轮2的一侧为出气口，防护罩1设置在叶轮2的出气口上。

参见图9和图10，图9是本发明风扇组件的工作原理图，图10是本发明风扇组件中导叶的速度三角形，在本实施中，叶轮2是活动部件，叶片22绕风扇轴逆时针旋转（从外部区域往内部区域观察），而防护罩1是非活动部件，导叶131相对静止，因此在该风扇组件的空气调节系统中，叶片22是动叶，导叶131是静叶。C1是动叶进口气流的绝对速度，U1是动叶进口气流的圆周速度，W1是动叶进口气流相对动叶的速度；C2是动叶出口气流的绝对速度，同时也是静叶进口的气流速度，C2u是静叶进口气流速度的周向分量（扭速），U2是动叶出口气流速度的圆周速度，W2是动叶出口气流速度的相对速度；C3是静叶出口气流的速度，C3u是静叶出口气流速度的周向分量；Cr是导叶进（出）口气流的径向速度，由于导叶131是静止的，因此导叶进口气流与其出口气流的径向速度基本相等，Cm导叶进出口气流速度的平均速度。

叶轮2运转时，叶片22的外围做功能力最强，其风量主要是由叶片22外围获得，因此将导风组件13设置在格栅12的外围便能够基本实现对气流的导向作用。在本实施例中，外缘加强筋14的直径为D_b略大于叶轮2的旋转直径D_a，使导风组件13对应叶轮2的外围，从而能达到较好的导风效果。优选地，叶轮2的旋转直径D_a约等于导叶131上的C点到风扇轴的垂直距离的两倍，参照图7，叶片22的最外侧边缘设置在导叶131的C点附近，在径向方向上C点大致处于导叶131的中间位置。叶轮2排出的空气经过防护罩1的导风组件13时，气流将产生偏转，流动方向产生改变，气流的扭速由C2u减少到C3u，气流被重新旋回轴向，减少气流涡流损失，并且降低涡流噪音。在本实施例中，导叶131是一种扩压型叶片，在把散风旋回轴向的同时，将气流的动能（1/2*ρ*(C2u)² - 1/2*ρ*(C3u)²）转化为气流的静压P_st，即气流获得静压能。导叶131可以看作是叶片22的延展，由导叶131继续引导空气的流动，将散漫在边缘的空气引导至轴向方向吹出，使风扇组件的气流量增加，改善空气的流动，提高效率，降低噪音。

如图9所示，叶片叶型倾斜的方向与导叶叶型倾斜的方向相反，并且相对于叶轮2的旋转方向，叶片22的前缘（迎风端）处于旋转方向上的靠前位置，叶片后缘（排风端）的位置落后于前缘，即叶片叶型向叶轮2的旋转方向倾斜，而导叶前缘的位置则落后于其后缘，导叶叶型向叶轮2的旋转方向的反方向倾斜。另外，如图7所示，相对于叶轮2的旋转方向，导叶131的中部向旋转方向的前方凸出，导叶两端（与最外侧的周向格栅条121的连接端及与外缘加强筋14的连接端）的位置落后于导叶中部的位置。为了进一步提高导风效率，导叶131与外缘加强筋14的连接端的位置设置成落后于其与最外侧的周向格栅条121的连接端的位置，即参见图7，C点与风扇轴的垂直连线和E点与风扇轴的垂直连线分别位于A点与风扇轴的垂直连线的两边。在本实施例中，叶轮2为逆时针旋转，在其他实施例中，叶轮2也可以设计为顺时针旋转（从外部区域往内部区域观察），相应地，叶片叶型向顺时针方向倾斜，导叶叶型向逆时针方向倾斜，导叶131的中部向顺时针方向的前方凸出。

在上述实施方式中，防护罩1的中心基板11、周向格栅条121和外缘加强筋14都被设置成圆形或者环形，不过在其他实施方式中，中心基板11、周向格栅条121和外缘加强筋14也可以设置成方形，即中心基板11为方块状结构，方框状结构的周向格栅条121和外缘加强筋14分别固定在中心基板11的外围，导风组件13设置在最外侧周向格栅条121和外缘加强筋14之间且仍设置成沿径向延伸。另外，中心基板11主要用于提供支撑和装设作用，本发明的防护罩1也可以不设置中心基板11，在中心基板11的位置设置其他周向格栅条121和径向格栅条122。在外缘加强筋14的外围也可以进一步增设防护罩的其他相关结构，而且该外缘加强筋14可以作为这些相关结构的一部分。

此外，本发明还提供一种空调器室外机，上述风扇组件安装在该空调器室外机中，叶轮2安装在空调器室外机的内部腔室中且靠近换热器，用于加强空气流动，提高空调器室外机的换热效率；防护罩1则安装在空调器室外机的外侧面板（例如前面板）上的圆形送风口位置，送风口的直径略大于叶轮2的旋转直径D_a，如图4～6所示，防护罩1的外缘加强筋14上还设有螺丝定位块15和若干定位卡扣16。螺丝定位块15沿径向向外突出，用于通过与螺钉配合将防护罩1安装固定在空调器室外机的前面板上。定位卡扣16沿轴向向内突出，用于将防护罩1定位并卡持固定。

当空调器室外机工作时，叶轮2旋转带动空气流动，使空气从空调器室外机的后面或者侧面通过换热器，与换热器换热后的空气继续向前流动，并依次经过叶轮2和防护罩1，最后从空调器室外机的前面排出。本发明的空调器室外机利用设置有导风组件13的防护罩1改变空气的流动状态，改善散风，并且可以避免外围空气回流至换热器，从而提高换热器的换热效率，降低噪声和降低电机输入功率。下面的表1是一个常规的3匹空调器室外机的试验数据：

室外机	风量（m3/h）	噪声dB（A）	输入功率（W）
				本实施例	3500	56	120
传统技术	3250	58	130

表1

由上表可以看出，利用导风叶片31改善空气的流动后，可在一定程度上提高空调器室外机的风量，降低噪声和降低电机的输入功率，具体可以提高风量约10%，降低噪声约2-3dB（A）。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种防护罩，其特征在于，所述防护罩的外侧设置用于引导气流流动的导风组件。

2.根据权利要求1所述的防护罩，其特征在于，所述导风组件包括若干导叶。

3.根据权利要求2所述的防护罩，其特征在于，所述防护罩还包括格栅和外缘加强筋，所述导风组件设置在所述格栅和所述外缘加强筋之间，所述格栅位于所述导风组件的内侧，所述外缘加强筋位于所述导风组件的外侧，所述导叶的一端连接所述格栅的外侧边缘，另一端连接所述外缘加强筋的内侧边缘。

4.根据权利要求3所述的防护罩，其特征在于，所述导叶相对于所述防护罩的主体平面倾斜设置，具有用于引导气流流动并改变气流方向的导风面。

5.一种风扇组件，其特征在于，所述风扇组件包括相邻设置的叶轮和防护罩，所述防护罩包括格栅、导风组件和外缘加强筋，所述导风组件设置在所述格栅和所述外缘加强筋之间，所述导风组件包括若干导叶，所述叶轮包括若干叶片。

6.根据权利要求5所述的风扇组件，其特征在于，所述叶片的叶型倾斜的方向与所述导叶的叶型倾斜的方向相反。

7.根据权利要求6所述的风扇组件，其特征在于，相对于所述叶轮的旋转方向，所述导叶的中部向所述旋转方向的前方凸出，所述导叶两端的位置落后于所述导叶中部的位置。

8.根据权利要求6所述的风扇组件，其特征在于，所述导叶的一端连接所述格栅的外侧边缘，另一端连接所述外缘加强筋的内侧边缘。

9.根据权利要求8所述的风扇组件，其特征在于，相对于所述叶轮的旋转方向，所述导叶与所述外缘加强筋的连接部位的位置落后于其与所述格栅的外侧边缘的连接部位的位置。

10.根据权利要求6所述的风扇组件，其特征在于，相对于所述叶轮的旋转方向，所述叶片的前缘处于旋转方向上的靠前位置，所述叶片的后缘的位置落后于其前缘，所述导叶的前缘的位置落后于其后缘，所述叶轮将空气排出到所述防护罩。

11.根据权利要求6所述的风扇组件，其特征在于，所述导叶叶型的前缘方向角为35～60°，后缘方向角为35～60°，叶型安装角为30～60°。

12.根据权利要求5所述的风扇组件，其特征在于，所述导叶设置在所述格栅的外围，所述叶片的最外侧边缘设置在对应所述格栅的外侧边缘与所述外缘加强筋的内侧边缘之间的位置。

13.一种空调器室外机，其特征在于，包括权利要求5-12中任一项所述的风扇组件，所述叶轮安装在所述空调器室外机的内部，所述防护罩安装在所述空调器室外机的外侧面板上。

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