CN107178513A - 具有旋流器风扇的通风装置模块 - Google Patents

Abstract

本发明旨在提供一种效率改善的通风装置模块。该通风装置模块采用双结构风扇，包括旋流器风扇和吸气风扇，其中，旋流器风扇布置在前侧处，而吸气风扇布置在旋流器风扇的后侧处，使得通过旋流器风扇的驱动而形成的旋流在入口周围形成环形低压区，并且通过吸气风扇的驱动使环形低压区旋转而形成旋风，由此使旋流器风扇下方的空气高速上升以被吸入及排出。

Description

具有旋流器风扇的通风装置模块

技术领域

本发明涉及通风系统，更具体地涉及通风设备，该通风设备采用了如下的旋流器风扇以改善效率，该旋流器风扇在中央部处具有开口的环形盘上形成有多个鳍状件。

背景技术

空气从高气压区向低气压区移动。机械风扇利用了这种空气动力学原理。旋转叶片向外推动空气，由此使叶片周围的大气压力降低。则处于相对较高大气压力的环境中的空气向叶片移动。通过叶片方向的扭曲，空气被吸入或排出。

通风扇被用来清除特定空间中的污垢物(气体、粉尘或颗粒)。由通风扇构成的厨房用抽油烟机被用来通过驱动风扇将烹饪期间产生的污染物和食物气味排到外面以防止其散布到其他空间。由通风扇构成的便携式吸尘器或便携式焊接式烟尘排出器被用来清除工作现场产生的粉尘、油雾、烟尘等。

通常，通风扇构造成在墙壁中或在天花板上安装管道，并且构造成将排气孔安置在外部，以及进一步构造成以与排气孔相邻的方式安装排气扇，其排气扇布置在管道的前侧或管道的后侧。这里，对于要安装的排气扇而言，最常使用离心风扇(西洛克风扇或涡流风扇)，而很少使用轴流式风扇。

通风扇基于下述假设：风扇产生负压并且使气流运动朝向排气入口，这样，空间中的污垢物将随排出的空气而被带出。然而，为了在面对分散式侧流、重力沉降以及污垢物自身的惯性分离的情况下将污垢物带出至排气，风扇必须在污垢物出现的位置处产生足够高的气流速度。其为截获速度。根据“ACGIH工业通风：推荐做法手册，第23版”，静止空气中的最小截获速度为50fpm(0.25m/s)。这意味着，如果通风扇所产生的气流速度低于最小截获速度，则污垢物无法随空气被带出，仅会将轻的空气排出。

这种相关技术的通风扇的不利之处在于：污垢物的截获区域仅被限定在与如图1的仿真图中所示的入口相邻的部分处。即，当使用构造成使得在筒状体上以预定间隔设置有多个凸出叶片的排气扇时，抽吸的气流速度以与距排气孔的进口的距离的平方成反比的方式迅速降低。由于这种特性，除非将排气扇安装成与产生污垢物的源头相邻，否则抽吸力会迅速下降。

如图2中所示(开口速度的速度等高线——平面圆形口——％；美国政府工业卫生学家会议(ACGIH)：工业通风手册，第23版)，这是因为，尽管典型的排气风扇的旋转产生了上升气流，但气流在降为与排气孔的进口的直径一样多的位置处的速度减小至排气孔的进口处的气流速度的大约7.4％。

速度以与距排气孔的进口的距离的平方成反比的方式减小的这种现象公知为Dalle Valle等式。

Dalle Valle等式为：

其中，V_x是x处的速度

V_f是排气入口处的迎面速度

x是距排气入口的距离

d是排气入口的直径

对于速度x＝1d

因此，x＝1d时的速度减小至排气入口处的迎面速度的7.4％。

不管这种机制如何，在通风扇的构造中，排气孔定位成距污垢物源头的距离大于排气孔进口的直径的点处，使得其排出力极低。因此，包括抽油压机的所有现有的排气设备都试图通过增大排气量来增大排出力以提高气流速度。

然而，根据风扇相似律(Fan Affinity Law)，为了使气流速度加倍，必须将风扇的功耗增大2³倍，即8倍(气流速度的立方律)，这因功耗变得过大而是有问题的，并且相应地会使噪音增大。

通过风扇相似律引起的离心风扇的功耗为：

P₁/P₂＝(n₁/n₂)³(d₁/d₂)⁵，q₁/q₂＝(n₁/n₂)(d₁/d₂)³

其中，P＝功率(W，bhp，……)

q＝体积流量(m3/s，gpm，cfm，……)

n＝轮速-每分钟转数-(rpm)

d＝轮径

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种能够在减小功耗和噪音的同时改善排出能力的新方案的通风装置模块。

根据上述目的，本发明的通风装置模块构造成采用双结构风扇。该通风装置模块包括旋流器风扇和吸气风扇，旋流器风扇布置在前侧处，旋流器风扇在中央部处具有开口的环形盘上形成有多个鳍状件，而吸气风扇布置在旋流器风扇的后侧处以通过借助于旋流器风扇的驱动而形成的旋流在入口周围形成环形(donut-like)低压区，使得形成相对较高压区的、位于较低部分处的空气高速上升，并随后被吸到排出孔以通过吸气风扇的驱动而排出。

此外，根据本发明，通风装置模块构造成使得钟形口布置成围绕旋流器风扇并形成为四角形截棱锥或其底部处形成有水平端部的截锥以加宽环形低压区的形成区域，从而有效地扩大污染物的截获区域。

换句话说，根据本发明的一方面，提供了一种通风装置模块，其包括：

旋流器风扇，旋流器风扇在其中央部处具有开口的环形盘上形成有多个鳍状件；

吸气风扇，吸气风扇布置在旋流器风扇的后侧处；

马达，马达经由安装固定装置组装至外壳以联接在同一轴上以及同时驱动旋流器风扇和吸气风扇；

钟形口，钟形口围绕旋流器风扇，并且钟形口形成为截棱锥、椭圆形截锥或其顶部处形成有开口且其底部处形成有水平端部的截锥；以及

吸气风扇壳体，该吸气风扇壳体中容置有吸气风扇，在吸气风扇壳体中，在容置吸气风扇的部件的底部中设置有开口，并且吸气风扇壳体的顶部组装有出口。

此外，根据本发明的一方面，提供了一种通风装置模块，其还包括吸气风扇壳体，吸气风扇壳体具有位于其底部表面处的开口和与吸气风扇壳体组装在一起的出口。

此外，根据本发明的一方面，旋流器风扇包括中央部、环形带状件、多个连接杆、以及环形主体，其中，中央部连接至马达的轴；环形带状件围绕在中央部的外侧；所述多个连接杆从中央部的外表面沿径向方向延伸至环形带状件的内表面；环形主体围绕环形带状件的其上形成有多个鳍状件的外表面。

此外，根据本发明的一方面，提供了一种通风装置模块，其还包括位于旋流器风扇下方的网格状防护件。

此外，根据本发明的一方面，旋流器风扇包括中央部、环形主体、环形带状件以及多个连接杆，其中，中央部连接至马达的轴；环形主体与中央部结合；环形带状件围绕在环形主体的外侧并且具有沿着环形带状件的外表面朝环形带状件的外侧凸出的多个鳍状件；所述多个连接杆从环形主体的外表面沿径向方向延伸至环形带状件的内表面。

此外，根据本发明的一方面，旋流器风扇在连接杆上具有辅助叶片以增大吸入空气速度。

此外，根据本发明的一方面，提供了通风装置模块，在该通风装置模块中，布置在旋流器风扇的后侧处的吸气风扇构造为轴流式风扇，并且吸气风扇壳体的出口组装成与布置有吸气风扇的点位于相同的轴线上。

此外，根据本发明的一方面，提供了通风装置模块，其包括：

旋流器风扇，旋流器在其中央部处具有开口的环形盘上具有多个鳍状件；

具有安装固定装置的马达外壳，该马达外壳用以在其中容置旋流器风扇；

马达，马达经由安装固定装置组装至马达外壳以驱动旋流器风扇；

吸气风扇，吸气风扇以一定距离分离地布置在旋流器风扇的后侧处；

具有安装固定装置的吸气风扇壳体，该吸气风扇壳体用以在其中容置吸气风扇；

马达，马达经由安装固定装置组装至吸气风扇壳体以独立地驱动吸气风扇。

根据本发明，可以提供排气风扇或抽油烟机或便携式吸尘器，其由于在通风设备中高速吸入空气的通风装置模块的双级风扇而通过形成极强的旋风气流展现出强大的吸入及排出力。即，由旋流器风扇产生的旋流形成环形低压区，以使得形成相对较高压区的、处于较低部分的空气高速上升，并且与旋流器风扇相邻的空气通过吸气风扇的驱动而被强有力地吸入及排出。

在该空气动力学机制中，经由旋流器风扇的中央处的开口引出的空气中的一部分会因由环形盘上的鳍状件的旋转向外推动的空气力而重新散布到周向方向上。竖向地直立在平面环形主体的内侧与连接至中央部的连接杆之间的具有特定高度的环形带状件用作防止经由旋流器风扇的中央处的开口引出的空气重新散布到周向方向上并有效地排至出口。

根据本发明的通风装置模块，与根据相关技术的西洛克风扇的通风扇相比，可以展现出在更大范围区域上的吸入及排出力，以及可以因上升气流的高速度而迅速清除污染物和气味。

此外，根据本发明的钟形口可以引起在旋流器风扇的周缘处的更大扩展范围上形成环形低压区，以扩大并保持旋风气流的中央部从而加宽上升气流的产生区域。

根据采用了双结构风扇和钟形口的本发明的通风装置模块，可以以相对较低的动力和较小的噪音强有力地且迅速地排出空间中的污染物和气味，原因在于不需要像相关技术的常规风扇那样增大多余的空气流量来增大气流速度。

附图说明

图1是示出了根据相关技术的常规排气设备的气流等高线和气压等高线的仿真结果的示图。

图2是示出了典型的排气孔的入口处的速度等高线的示意图，其中，该速度等高线根据“开口速度的速度等高线——平面圆形口——％；美国政府工业卫生学家会议(ACGIH)：工业通风手册，第23版”。

图3是示出了根据本发明的通风装置模块的构型的分解立体图。

图4是构造有根据本发明的通风装置模块的抽油烟机的剖切分解立体图。

图5是根据本发明的旋流器风扇的立体图。

图6是示出了根据本发明的旋流器风扇的另一示例的立体图。

图7是示出了根据本发明的通风装置模块的组件的立体图。

图8是示出了根据本发明的通风装置模块的另一示例的分解立体图。

图9是示出了根据本发明的通风装置模块的另一构型的分解立体图。

图10是示出了通过根据本发明的通风装置模块形成的气流等高线和气压等高线的仿真结果的示图。

图11是示出了通过根据本发明的通风装置模块形成的气流等高线和速度等高线的仿真结果所产生的截获区域的示图。

具体实施方式

下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式。

图3是示出了根据本发明的通风装置模块的构型的分解立体图。

根据本示例性实施方式的通风装置模块包括旋流器风扇100、吸气风扇200和马达300。通风装置模块还可以包括吸气风扇壳体400、钟形口500、出口600和外壳700。

其中央处设置有开口107的旋流器风扇100和布置在旋流器风扇100的后侧处的吸气风扇200经由联接构件与一个马达300联接以被同时驱动。这两个风扇被组装成以保持在与马达的轴330的同一轴上的方式与马达300相联接。

图4是构造有根据本发明的通风装置模块的抽油烟机的分解立体图。

通常，抽油烟机安装在厨房的天花板上，因此，罩体710可以被安装在天花板上以用作用于要被固定至天花板的各种构件的支承体，并且罩体710可以改善美观度。罩体710在其中央处设置有开口。钟形口500和旋流器风扇100布置在罩体710的前侧处。接纳吸气风扇200的吸气风扇壳体400以及出口600布置在罩体的后侧处。

此外，理想的是将网格状防护件800安装在旋流器风扇100的下方。

在这种情况下，呈六面体形状以在其中形成空间的外壳700可以与罩体710的后侧结合。吸气风扇壳体400被接纳在外壳700的空间中，并且马达300和出口600布置在外壳700的后侧处以连接至吸气风扇壳体400。

图5是根据本发明的旋流器风扇的立体图。

旋流器风扇100构造成使得在具有敞开的中央部的平面环形主体102的下侧处朝向主体的底部设置有多个鳍状件104，并且中央开口107设置有连接杆106，连接杆106用以形成使得马达300的轴连接至中央部的连接，以及具有特定高度的环形带状件108竖向地直立在平面环形主体102的内侧与连接至其中央部100a的连接杆106之间。

因而，图5的旋流器风扇100包括中央部100a、环形带状件108、多个连接杆106、以及环形主体102，其中，中央部100a连接至马达300的轴330；环形带状件108围绕在中央部100a的外侧；所述多个连接杆106从中央部100a的外表面沿径向方向延伸至环形带状件108的内表面；环形主体102围绕环形带状件108的其上形成有多个鳍状件104的外表面。

在这种情况下，可以在连接杆106的一侧处形成具有预定倾斜角度的辅助叶片101。辅助叶片101可以增大环形主体102旋转时穿过开口107的流速。

图6是示出了根据本发明的旋流器风扇的另一示例的立体图。

旋流器风扇100构造成使得自中央部设置有多个连接杆106，并且具有特定高度的环形带状件108直立在连接杆106的端部处，以及在环形带状件108的外侧处形成有多个鳍状件104。

因而，图6的旋流器风扇100包括中央部100a、环形主体102、环形带状件108以及多个连接杆106，其中，中央部100a连接至马达300的轴330；环形主体102与中央部100a结合，环形带状件108围绕在环形主体102的外侧并且具有沿着环形带状件108的外表面朝环形带状件108的外侧凸出的多个鳍状件；所述多个连接杆106从环形主体102的外表面沿径向方向延伸至环形带状件108的内表面。

此外，可以在连接杆106的一侧处形成具有预定倾斜角度的辅助叶片101。辅助叶片101可以增大环形主体102旋转时穿过开口107的吸入气流速度。

此外，根据本发明的另一示例性实施方式，连接杆106的端部可以穿透环形带状件108以向外侧凸出，可以在连接杆106的端部上沿垂直方向形成鳍状件104。在另一示例性实施方式中，鳍状件104可以包括水平元件和竖向元件，其中，水平元件以与环形主体102平行的方式形成在环形带状件108的外表面上，而竖向元件沿垂直方向形成在水平元件的端部处。

旋流器风扇100通过马达300而旋转以形成旋流。如图10和图11中所示，旋流形成环形低压区。图10和图11是示例性截面图。当旋流器风扇100被驱动时，气流朝旋流器风扇100的外侧流动，并随后朝旋流器风扇100的中心回流，从而形成低压槽。即，在旋流器风扇100的外侧周缘处形成环形(以三维方式观察)低压区。由于该低压区，在旋流器风扇100的中央部周围也形成低压，使得暂时产生上升气流。然而，仅通过借助于旋流器风扇100在中央部处形成的低压，难以在吸气和排气方面获得所需水平的效果。因此，根据本发明，吸气风扇200被附加地设置在旋流器风扇100的后侧处并且被驱动以便产生更强的上升气流。当吸气风扇200和旋流器风扇100被驱动成一起旋转时，环形低压区进行圆运动以形成允许聚集大范围的空气的旋风气流。在旋风气流的中央部分处形成很强水平的低压区域，使得气流通过接受由吸气风扇200提供的上升推力而高速上升。通过这种机制，根据本发明的通风装置模块可以展示出对污染物和气味的强大且迅速的排出效果。

旋流器风扇100和吸气风扇200组装在同一轴上，并且所述一个马达300在该轴处联接至旋流器风扇100和吸气风扇200以同时驱动旋流器风扇100和吸气风扇200。

如图3和图4中所示，具有位于其上部部分处的开口520和沿着上部部分的边界朝外侧和底部方向倾斜的倾斜表面的钟形口500在钟形口500的倾斜表面的端部处设置有沿水平方向扩展的水平端部510，水平端部510是钟形口500的底部。如可以从图10的仿真看到的，通过这种水平端部510，通过旋流器风扇100的驱动而产生的气流沿着水平端部510形成旋流，由此根据康达效应增大了旋流的尺寸，这是流体射流要被吸引到附近表面的趋向，结果，聚集区域增大。

换句话说，当气流沿着钟形口500的倾斜表面以及水平端部510流动时，气流的行进距离扩大使得气流回流而不是接受恒定的推进力，由此形成环形低压区。令人满意的是，这种钟形口500具有倾斜表面和水平端部510，因此，其形状不一定是四角形截棱锥。当钟形口500形成为截棱锥、椭圆形截锥或其底部设置有水平端部510的截锥时，可以具有相同的功能。在四角形截棱锥形状的情况下，水平端部510仅设置在横向方向上的边缘处以使构型得到简化。

钟形口500还具有位于中央部处的开口520。通过开口520，可以增大中央部处的上升气流流量并且可以扩大聚集范围。

当根据旋流器风扇100和钟形口500的构型形成环形低压区时，必须施加驱动力来旋转低压区以形式旋风气流，从而使得在旋风气流的中央处形成强上升气流，这通过吸气风扇200来进行。可以使用常规周知的离心式风扇(西洛克风扇或涡流风扇)或轴流式风扇作为吸气风扇200，并且还可以使用常规周知的壳体作为吸气风扇壳体400。吸气风扇是其中央处具有开口220的筒状件，并且吸气风扇具有多个叶片210。如图3中所述的吸气风扇壳体400包括其中容置吸气风扇200的部件以及其中被组装有出口600的部件，这两个部件构造成相对于彼此偏心。在吸气风扇壳体400的底部中，在其中容置吸气风扇200的部件处设置有开口420；并且在吸气风扇壳体400的顶部中，在其中被组装有出口600的部件处设置有开口。除了吸气风扇壳体400，还可以使用其中容置吸气风扇壳体400的外壳700，并且相应地，吸气风扇壳体400的顶部可以是完全敞开的。在这种情况下，吸气风扇壳体400的顶部被组装至外壳700，吸气风扇壳体400以使得外壳700完全密封气流的方式容置在外壳700中。该实施方式采用了如图中所示的这种构型。

图7示出了根据本发明的通风装置模块的组件的立体图。

马达300与吸气风扇壳体400的后端结合。吸气风扇200被接纳在吸气风扇壳体400中。外壳700和钟形口500按顺序与吸气风扇壳体400的前端结合。马达300的轴330穿过吸气风扇壳体400的开口420、吸气风扇200、外壳700的开口720以及钟形口500的开口520，使得轴330与旋流器风扇100的中央部100a结合。出口600沿径向方向朝吸气风扇200的外侧形成。

图8是示出了根据本发明的通风装置模块的另一示例的分解立体图。

此外，如图8中所示，在安装在其中央处具有开口的旋流器风扇100的后侧处的吸气风扇构造为轴流式风扇250的情况下，吸气风扇壳体的出口可以组装成与吸气风扇所设置的点定位成同轴。如图8中所示，出口600可以组装至吸气风扇壳体或外壳450。可以在轴流式风扇250的中央部处以及翼框架之间形成开口，使得可以穿过开口形成气流。根据图8的轴流式风扇250，可以简化通风装置模块的结构。马达300和轴流式风扇250可以被接纳在吸气风扇壳体450中，并且钟形口500和旋流器风扇100可以布置在吸气风扇壳体450的前端处。

图9是示出了根据本发明的通风装置模块的另一构型的分解立体图。

在根据本发明的通风装置模块应用在例如便携式吸尘器、便携式焊接烟尘排出器等的便携式通风设备中的情况下，有必要在出口处安装过滤器来清除或捕获污染物。在这种情况下，通风装置模块中的吸气风扇200的吸力会由于过滤器引起的压力下降而减小。为了克服这种问题，有必要以更强的旋转动力来在后部部分处驱动吸气风扇200。

对于这种应用，图9示出了根据本发明的通风装置模块的另一构型，该通风装置模块包括马达300和另一马达900，其中，马达300用以驱动旋流器风扇100并且具有马达外壳310，马达900分开一定距离布置、用以独立地驱动吸气风扇200并且具有吸气风扇壳体400。

图10是示出了通过根据本发明的通风装置模块形成的气流等高线和气压等高线的仿真结果的示图。

气流沿着钟形口500的倾斜表面以及水平端部510流动，并且回流从而形成环形低压区。在旋风气流的中央部处形成很强水平的低压区，使得气流通过接受由吸气风扇200提供的上升推力而高速上升。此外，图10示出钟形口500扩大了截获区域。

图11是示出了通过根据本发明的通风装置模块形成的气流等高线和速度等高线的仿真结果所产生的截获区域的示图。

该示图显示出根据本发明的通风装置模块产生了比如图1中所示的常规风扇更宽的截获区域和更深的截获深度。

通过这种机制，根据本发明的通风装置模块可以展现出对污染物和气味的有力且迅速的排出效果。

本发明的权利不限于上文所述的实施方式，而是应当根据上文权利要求书的范围中的描述来限定。明显的是，本发明所涉及的相关领域普通技术人员可以在权利要求书的范围中所描述的权利的范围内进行各种改变或修改。

Claims (9)

1.一种通风装置模块，包括：

旋流器风扇，所述旋流器风扇在其中央部处具有开口的环形盘上具有多个鳍状件；

吸气风扇，所述吸气风扇布置在所述旋流器风扇的后侧处；以及

马达，所述马达通过同一轴联接至所述旋流器风扇和所述吸气风扇，所述马达构造成同时驱动所述旋流器风扇和所述吸气风扇。

2.根据权利要求1所述的通风装置模块，还包括吸气风扇壳体，所述吸气风扇壳体具有位于其底部表面处的开口和与所述吸气风扇壳体组装在一起的出口。

3.根据权利要求1所述的通风装置模块，还包括钟形口，所述钟形口围绕所述旋流器风扇，并且所述钟形口形成为截棱锥、椭圆形截锥或其顶部处形成有开口且其底部处形成有水平端部的截锥。

4.根据权利要求1所述的通风装置模块，其中，所述旋流器风扇包括中央部、环形带状件、多个连接杆、以及环形主体，其中，所述中央部连接至所述马达的所述轴；所述环形带状件围绕在所述中央部的外侧；所述多个连接杆从所述中央部的外表面沿径向方向延伸至所述环形带状件的内表面；所述环形主体围绕所述环形带状件的其上形成有多个鳍状件的外表面。

5.根据权利要求1所述的通风装置模块，其中，所述旋流器风扇包括中央部、环形主体、环形带状件以及多个连接杆，其中，所述中央部连接至所述马达的所述轴；所述环形主体与所述中央部结合；所述环形带状件围绕在所述环形主体的外侧并且具有沿着所述环形带状件的外表面朝所述环形带状件的外侧凸出的多个鳍状件；所述多个连接杆从所述环形主体的外表面沿径向方向延伸至所述环形带状件的内表面。

6.根据权利要求4所述的通风装置模块，其中，所述旋流器风扇在所述连接杆上具有辅助叶片以增大吸入空气速度。

7.根据权利要求5所述的通风装置模块，其中，所述旋流器风扇在所述连接杆上具有辅助叶片以增大吸入空气速度。

8.根据权利要求1所述的通风装置模块，其中，布置在所述旋流器风扇的后侧处的所述吸气风扇构造为轴流式风扇，并且吸气风扇壳体的出口组装成与所述吸气风扇所布置的点位于相同的轴线上。

9.一种通风装置模块，包括：

马达外壳；

旋流器风扇，所述旋流器风扇在其中央部处具有开口的环形盘上具有多个鳍状件，并且所述旋流器风扇被接纳在所述马达外壳中；

马达，所述马达经由安装固定装置组装至所述马达外壳以驱动所述旋流器风扇；

吸气风扇，所述吸气风扇以一定距离分离地布置在所述旋流器风扇的后侧处，并且所述吸气风扇被接纳在吸气风扇壳体中；

马达，所述马达经由安装固定装置组装至所述吸气风扇壳体以驱动所述吸气风扇。