CN107454922A - 集成风扇换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种集成风扇换热器定子组件，所述集成风扇换热器定子组件包括轮毂和壳体。在所述轮毂与所述壳体之间布置有多个元件。所述多个元件由多个外部流动通道彼此分离。至少一个内部流动通道被配置成输送第一热传递流体通过所述多个元件中的一者或多者。所述第一热传递流体被布置成与第二热传递流体热连通，所述第二热传递流体被配置成流过所述外部流动通道中的至少一者。

Description

集成风扇换热器
发明背景
本文公开的主题涉及热能的管理，且更具体地，涉及换热设备。
热能的管理在许多应用中可能是重要的，这些应用例如包括电子学应用(例如微处理器冷却)、气候控制、发电和功耗。各种系统和设备的效率、尺寸和/或能力可以取决于其热能管理的有效性。例如，空调设备的冷却能力可以取决于将热能从制冷剂流传递到空气流的冷凝器的有效性。
发明概要
根据一个实施例，提供了一种集成风扇换热器定子组件，所述集成风扇换热器定子组件包括轮毂和壳体。在所述轮毂与所述壳体之间布置有多个元件。所述多个元件由多个外部流动通道彼此分离。至少一个内部流动通道被配置成输送第一热传递流体通过所述多个元件中的一者或多者。所述第一热传递流体被布置成与第二热传递流体热连通，所述第二热传递流体被配置成流过所述外部流动通道中的至少一者。
除了上述特征中的一者或多者之外，或作为替代，在另外的实施例中，所述多个元件包括在所述轮毂与所述壳体之间径向延伸的至少一个引导叶片。
除了上述特征中的一者或多者之外，或作为替代，在另外的实施例中，所述至少一个引导叶片被配置成使所述第二热传递流体的流动变直。
除了上述特征中的一者或多者之外，或者作为替代，在另外的实施例中，所述至少一个引导叶片被配置成使所述第二热传递流体的流动预旋。
除了上述特征中的一者或多者之外，或作为替代，在另外的实施例中，所述多个元件形成有周向扫掠和轴向扫掠中的至少一者。
除了上述特征中的一者或多者之外，或作为替代，在另外的实施例中，所述多个元件包括在所述轮毂与所述壳体之间周向延伸的至少一个元件。
除了上述特征中的一者或多者之外，或作为替代，在另外的实施例中，其中所述多个元件中的至少一个元件包括在所述轮毂和所述壳体的前缘和后缘之间延伸的多个元件。
除了上述特征中的一者或多者之外，或作为替代，在另外的实施例中，多个翅片被布置成与所述多个元件的至少一部分流体连通。
除了上述特征中的一者或多者之外，或者作为替代，在另外的实施例中，所述多个翅片被配置成使流动变直或预旋。
根据又一个实施例，提供一种风扇组件，所述风扇组件包括具有多个扇叶的风扇转子。所述风扇转子可绕轴线旋转以产生第一热传递流体的流动。定子组件包括轮毂、壳体和布置在所述轮毂与所述壳体之间的多个元件。所述多个元件由多个外部流动通道分离。至少一个内部流动通道被配置成输送第二热传递流体通过所述多个元件中的一者或多者。所述第二热传递流体被布置成与所述第一热传递流体热连通，所述第一热传递流体被配置成流过所述多个外部流动通道中的至少一者。
除了上述特征中的一者或多者之外，或作为替代，在另外的实施例中，所述风扇转子是轴流转子。
除了上述特征中的一者或多者之外，或作为替代，在另外的实施例中，所述风扇转子是混流转子。
除了上述特征中的一者或多者之外，或作为替代，在另外的实施例中，所述多个元件的至少一部分相对于所述第一热传递流体流过所述风扇组件的方向定位于所述风扇转子的下游。
除了上述特征中的一者或多者之外，或作为替代，在另外的实施例中，所述多个元件的至少一部分相对于所述第一热传递流体流过所述风扇组件的方向定位于所述风扇转子的上游。
除了上述特征中的一者或多者之外，或作为替代，在另外的实施例中，所述多个元件包括在所述轮毂与所述壳体之间径向延伸的至少一个引导叶片。
除了上述特征中的一者或多者之外，或作为替代，在另外的实施例中，所述至少一个引导叶片形成有周向扫掠和轴向扫掠中的至少一者。
除了上述特征中的一者或多者之外，或作为替代，在另外的实施例中，所述多个元件包括在所述轮毂与所述壳体之间周向延伸的至少一个元件。
除了上述特征中的一者或多者之外，或作为替代，在另外的实施例中，所述多个元件中的每一个包括在所述轮毂和所述壳体的前缘和后缘之间延伸的多个元件。
除了上述特征中的一者或多者之外，或作为替代，在另外的实施例中，多个翅片从所述多个元件的至少一部分延伸。
除了上述特征中的一者或多者之外，或作为替代，在另外的实施例中，单独的换热器被布置成与风扇系统相邻，使得由所述风扇转子产生的所述第一热传递流体的所述流动另外产生通过所述换热器的所述第一热传递流体的对应流动。
附图简述
在说明书的结尾处特别指出并明确要求保护主题。根据下面结合附图进行的具体实施方式，本公开前述和其它特征及优点是显而易见的，在附图中：
图1是风扇组件的局部剖视透视图；
图2是风扇和换热器组件的截面图；以及
图3A-3C是具有整体的换热流动通道的风扇定子的各种部分截面透视图。
具体实施方式参考附图通过举例的方式解释了各实施例以及优点和特征。
具体实施方式
可以诸如使用例如具有延伸翅片的微通道或圆管布置来构造具有各种配置的换热器。利用这种换热器，可以将热量传递到流过定位于用于流体连通的集管之间的多个管子的流体，或可以从所述流体传递热量。换热器设计包括具有诸如百叶窗、偏移或波浪形翅片等各种翅片配置的交叉流和逆流设计。这些独立的换热器被设计成具有大的表面积，并且产生通过换热器的具有低速度的空气流。需要这种大的表面积和低速度的组合来管理驱动流动所需的空气侧压力损失和相关联的风扇功率。
因此，期望提供一种改进的风扇和换热器组合，所述组合将两个部件集成以利用高通流速度并产生紧凑的风扇-换热器系统。
现在参考图1-2，更详细地示出了风扇组件30的示例。风扇组件30包括壳体32，其中风扇转子或叶轮34可旋转地位于壳体32内。风扇转子34包括从轮毂40延伸并终止于风扇护罩42处的多个扇叶38。风扇护罩42被连接到多个扇叶38中的一者或多者。例如可以使用经由轴件或诸如带之类的另一耦接构件连接到风扇组件30的电动马达(未示出)，以通过围绕风扇轴线36旋转风扇转子34来操作风扇组件30。在一个实施例中，风扇组件30是如在以参考方式并入本文的PCT公开案WO2014109970中详细描述的叶片轴流风扇。然而，例如其它风扇组件30(例如混流风扇)在本公开的范围内。
风扇组件30包括至少一个定子组件50，其例如与风扇组件30的排放端46相邻地连接到壳体32。在这样的实施例中，定子组件50被配置为出口定子组件。在图3a中所示的非限制性实施例中，定子组件50包括轮毂52和从轮毂52径向向外延伸的多个元件54，例如翅片或出口引导叶片。多个径向元件54彼此分离一定的距离以限定多个外部流动通道55(参见图3b)。尽管在图3a-3c中元件54被示出为具有大致上平面配置，但应理解，元件54可以形成有任何配置，例如包括在周向或轴向方向上的倾斜或扫掠的配置。元件54中的一个或多个的远端可以但并非必须连接到定子壳体56。当扇叶38旋转时，朝向径向元件54移动的气流A通常具有轴向分量和切向分量。径向元件54可以被配置成使从风扇转子34出来的流动变直，气流中的涡旋动能转换成的静压跨过出口引导叶片54上升。
在一个实施例中，如图1和图3A中所示，替代地或者除了多个径向元件54之外，定子组件50还包括围绕轮毂52的周边周向延伸的一个或多个元件58。例如，定子组件50可以包括以螺旋形配置在轮毂52与壳体56之间延伸的单个周向元件58，使得轮毂52与周向元件58之间的距离围绕轮毂52的周边增加。在另一个实施例中，定子组件50包括多个周向元件58，所述周向元件围绕轮毂52同心地布置并且彼此间隔开以在其间限定多个外部流动通道59。当定子组件50包括径向元件54和周向元件58两者时，周向元件58通常延伸穿过多个径向元件54的至少一部分。
替代地或另外，定子组件50可以被配置为邻近风扇组件30的入口端48布置的入口定子组件。当被配置为入口定子组件50(参见图1和图2)时，组件50包括具有例如入口引导叶片的多个元件62的轮毂60，多个元件62彼此分离使得多个外部流动通道63被限定在元件62之间。多个元件62中的一者或多者可以终止于壳体64处。入口引导叶片62可以被配置成例如通过产生例如预旋，通过风扇组件30将进入的空气A的流动引导到期望的方向。
关于图1，定子组件50可以另外包括一个或多个元件66，其围绕轮毂52的周边周向延伸并且通过多个外部流动通道67彼此分离。周向元件66可延伸穿过多个径向元件62的至少一部分。如前所述，元件62或66中的每一个可以形成为在轮毂60和壳体64的前缘和后缘之间延伸的单个元件或多个分段的或多叶片元件。
再次参考图1-2，换热器的功能被集成到风扇组件30的一部分(例如定子组件50)中。风扇组件30包括一个或多个流动通道70、72，其被配置成在定子组件50的轮毂52、60与壳体56、64之间输送热传递流体，例如液体、气体或两相制冷剂混合物。用于热传递流体的流动通道70可以被配置成例如在分别连接一些径向元件54、62的轮毂52、60与壳体56、64之间径向流动。在另一个实施例中，热传递流体可以被配置成例如周向流过至少一个流动通道72，所述至少一个流动通道形成在例如围绕定子组件50的轮毂52、60的周边延伸的周向元件58、66中。
多个翅片71可以从径向元件54或周向元件58的表面延伸，以增强安置在其中的流体的热传递。另外，当径向元件54不包括形成在其中的任何流动通道70时，该元件54可以被配置成用作翅片并改进流过周向元件58的流动通道72的流体的热耗。类似地，没有形成在其中的流动通道72的周向元件58可以被配置成用作翅片并改进流过径向元件54的流动通道70的流体的热耗。
现在参考图3A-3C，更详细地示出了集成风扇换热器定子组件50的一部分。如图3A的实施例中所示，热传递流体可以被配置成例如周向流过流动通道72，所述流动通道围绕定子组件50的轮毂52的周边形成在周向元件58中。替代地或另外，热传递流体可以被配置成例如在轮毂52和护罩56之间径向地流过流动通道70，所述流动通道形成在径向元件或叶片54中，如图3B中所示。替代地或另外，热传递流体可以例如径向地流过例如分段的或多元件叶片54，如图3C中所示。虽然径向元件54被示出为由多个分段的或多叶片元件形成，但多个周向元件58中的一者或多者也可以形成为在轮毂52和壳体56的前缘和后缘之间延伸的单个元件或多个元件。
依据所期望的系统特性，风扇组件30可以相对于流动通道70的位置和通过风扇组件30的气流A的方向被定向为具有“抽吸”配置或“吹送”配置。风扇转子24通过马达的旋转抽吸或吹送空气通过风扇组件30，包括定子组件50。当空气A移动通过风扇组件30时，特别是通过形成在定子组件50的相邻元件之间的外部流动通道55、59、63、67时，空气A以与热传递流体的热传递关系配置，所述热传递流体流过定子组件50的入口引导叶片62、出口引导叶片54或周向元件58、66中的至少一者。
使用高通流速度和集成定子组件50换热器组合产生紧凑的风扇-换热器系统。因此，在其中将风扇组件30用于例如加热通风、空调和制冷(HVAC&R)系统中的实施例中，可以消除对单独换热器28的需要，并且HVAC&R系统的总体尺寸可以明显减小。再次参考图2，单独的换热器70可以被布置在进入或离开风扇组件30的空气A的流动路径内，以增加系统容量。单独的换热器70可以包括例如以任何配置定向的单个线圈或多个线圈。虽然参考HVAC&R系统的一部分大体上描述了在其中集成有换热器的功能的风扇组件30，但集成换热器和风扇组件30可以用于其中在空气与另一移动流体之间发生热传递的任何应用中。
另外，可以通过使用入口引导叶片62作为流动调节装置来减小风扇组件30以及因此HVAC&R系统20的噪音。
实施例1：一种集成风扇换热器定子组件，其包括：轮毂和壳体；布置在所述轮毂与所述壳体之间的多个元件，所述多个元件通过多个外部流动通道彼此分离；以及至少一个内部流动通道，所述至少一个内部流动通道被配置成输送第一热传递流体通过所述多个元件中的一者或多者，其中所述第一热传递流体与第二热传递流体热连通，所述第二热传递流体配置成流过所述外部流动通道中的至少一者。
实施例2：根据实施例1所述的定子，其中所述多个元件包括在所述轮毂与所述壳体之间径向延伸的至少一个引导叶片。
实施例3：根据实施例2所述的定子组件，其中所述至少一个引导叶片被配置成使所述第二热传递流体的流动变直。
实施例4：根据实施例2所述的定子组件，其中所述至少一个引导叶片被配置成使所述第二热传递流体的流动预旋。
实施例5：根据前述实施例中任一项所述的定子组件，其中所述多个元件形成有圆周扫掠和轴向扫掠中的至少一者。
实施例6：根据前述实施例中任一项所述的定子组件，其中所述多个元件包括在所述轮毂与所述壳体之间周向延伸的至少一个元件。
实施例7：根据前述实施例中任一项所述的定子组件，其中所述多个元件中的至少一者包括在所述轮毂和所述壳体的前缘和后缘之间延伸的多个元件。
实施例8：根据前述实施例中任一项所述的定子组件，其中多个翅片与所述多个元件的至少一部分热连通。
实施例9：根据前述实施例中任一项所述的定子组件，其中所述多个翅片被配置成使流动变直或预旋。
实施例10：一种风扇组件，其包括：具有多个扇叶的风扇转子，所述风扇转子可绕轴线旋转以产生第一热传递流体的流动；以及定子组件，所述定子组件包括：轮毂；壳体；布置在所述轮毂与所述壳体之间的多个元件，所述多个元件由多个外部流动通道分离；以及至少一个内部流动通道，所述至少一个内部流动通道被配置成输送第二热传递流体通过所述多个元件中的一者或多者，其中所述第二热传递流体被布置成与所述第一热传递流体热连通，所述第一热传递流体配置成流过所述多个外部流动通道中的至少一者。
实施例11：根据实施例10所述的风扇组件，其中所述风扇转子是轴流转子。
实施例12：根据实施例11所述的风扇组件，其中所述风扇转子是混流转子。
实施例13：根据实施例10-12中任一项所述的风扇组件，其中所述多个元件的至少一部分相对于所述第一热传递流体流过所述风扇组件的方向定位于所述风扇转子的下游。
实施例14：根据实施例10-13中任一项所述的风扇系统，其中所述多个元件的至少一部分相对于所述第一热传递流体流过所述风扇组件的方向定位于所述风扇转子的上游。
实施例15：根据实施例10-14中任一项所述的风扇组件，其中所述多个元件包括在所述轮毂与所述壳体之间径向延伸的至少一个引导叶片。
实施例16：根据实施例15所述的风扇组件，其中所述至少一个引导叶片形成有周向扫掠和轴向扫掠中的至少一者。
实施例17：根据实施例10-16中任一项所述的风扇组件，其中所述多个元件包括在所述轮毂与所述壳体之间周向延伸的至少一个元件。
实施例18：根据实施例10-17中任一项所述的风扇组件，其中所述多个元件中的每一个包括在所述轮毂和所述壳体的前缘和后缘之间延伸的多个元件。
实施例19：根据实施例10-18中任一项所述的风扇组件，其中多个翅片从所述多个元件的至少一部分延伸。
实施例20：根据实施例10-19中任一项所述的风扇组件，其中单独的换热器被布置成与所述风扇系统相邻，使得由所述风扇转子产生的所述第一热传递流体的所述流动另外产生通过所述换热器的所述第一热传递流体的对应流动。
虽然仅结合有限数量的实施例对本公开进行了详细描述，但应易于理解，本公开不限于这些所公开的实施例。相反，本公开可以被修改以并入迄今为止未描述但与本发明的精神和/或范围相称的任何数量的变型、变更、替代或等效布置。另外，尽管已经描述了各种实施例，但应理解，本公开的各个方面可仅包括所述实施例中的一些。因此，本公开不被视为受前述描述的限制，而是仅受所附权利要求书的范围限制。

Claims (20)

1.一种集成风扇换热器定子组件，其包括：
轮毂和壳体；
布置在所述轮毂与所述壳体之间的多个元件，所述多个元件由多个外部流动通道彼此分离；以及
至少一个内部流动通道，所述至少一个内部流动通道被配置成输送第一热传递流体通过所述多个元件中的一者或多者，其中所述第一热传递流体与第二热传递流体热连通，所述第二热传递流体被配置成流过所述多个外部流动通道中的至少一者。
2.根据权利要求1所述的定子，其中所述多个元件包括在所述轮毂与所述壳体之间径向延伸的至少一个引导叶片。
3.根据权利要求2所述的定子组件，其中所述至少一个引导叶片被配置成使所述第二热传递流体的流动变直。
4.根据权利要求2所述的定子组件，其中所述至少一个引导叶片被配置成使所述第二热传递流体的流动预旋。
5.根据前述权利要求中任一项所述的定子组件，其中所述多个元件形成有周向扫掠和轴向扫掠中的至少一者。
6.根据前述权利要求中任一项所述的定子组件，其中所述多个元件包括在所述轮毂与所述壳体之间周向延伸的至少一个元件。
7.根据前述权利要求中任一项所述的定子组件，其中所述多个元件中的至少一个包括在所述轮毂和所述壳体的前缘和后缘之间延伸的多个元件。
8.根据前述权利要求中任一项所述的定子组件，其中多个翅片与所述多个元件的至少一部分热连通。
9.根据前述权利要求中任一项所述的定子组件，其中所述多个所述翅片被配置成使所述流动变直或预旋。
10.一种风扇组件，所述风扇组件包括：
具有多个扇叶的风扇转子，所述风扇转子可绕轴线旋转以产生第一热传递流体的流动；以及
定子组件，所述定子组件包括：
轮毂；
壳体；
布置在所述轮毂与所述壳体之间的多个元件，所述多个元件由多个外部流动通道分离；以及
至少一个内部流动通道，所述至少一个内部流动通道被配置成输送第二热传递流体通过所述多个元件中的一者或多者，其中所述第二热传递流体被布置成与所述第一热传递流体热连通，所述第一热传递流体配置成流过所述多个外部流动通道中的至少一者。
11.根据权利要求10所述的风扇组件，其中所述风扇转子是轴流转子。
12.根据权利要求11所述的风扇组件，其中所述风扇转子是混流转子。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的风扇组件，其中所述多个元件的至少一部分相对于所述第一热传递流体流过所述风扇组件的方向定位于所述风扇转子的下游。
14.根据权利要求10-13中任一项所述的风扇系统，其中所述多个元件的至少一部分相对于所述第一热传递流体流过所述风扇组件的方向定位于所述风扇转子的上游。
15.根据权利要求10-14中任一项所述的风扇组件，其中所述多个元件包括在所述轮毂与所述壳体之间径向延伸的至少一个引导叶片。
16.根据权利要求15所述的风扇组件，其中所述至少一个引导叶片形成有周向扫掠和轴向扫掠中的至少一者。
17.根据权利要求10-16中任一项所述的风扇组件，其中所述多个元件包括在所述轮毂与所述壳体之间周向延伸的至少一个元件。
18.根据权利要求10-17中任一项所述的风扇组件，其中所述多个元件中的每一个包括在所述轮毂和所述壳体的前缘和后缘之间延伸的多个元件。
19.根据权利要求10-18中任一项所述的风扇组件，其中多个翅片从所述多个元件的至少一部分延伸。
20.根据权利要求10-19中任一项所述的风扇组件，其中单独的换热器被布置成与所述风扇系统相邻，使得由所述风扇转子产生的所述第一热传递流体的所述流动另外产生通过所述换热器的所述第一热传递流体的对应流动。
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