CN108167228A

CN108167228A - 一种大风量低功耗的风机

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Publication number: CN108167228A
Application number: CN201810196581.9A
Authority: CN
Inventors: 郏松筠
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2018-06-15

Abstract

本发说涉及一种大风量低功耗的风机：风机中的气体驱动部件或为在长度方向圆滑弯曲的风叶，或由轴流风机的风叶和离心风机的风轮组成。气体驱动部件旋转时构成回旋体状的曲面出风面，风机的曲面出风面积大于同直径的轴流风机的出风面积。风机的出风除了轴向流动的分量，还有径向流动的分量。除轴心位置外，其它各处的出风气流速度基本相同。具有出风面积大，出风风速小，出风风量大，风机功耗小的特点。本发说能使通风风机节能30％‑90％，并降低噪音；能有效减少空调热泵的冷凝器、蒸发器的进出风温差，提高COP在10％‑25％。

Description

一种大风量低功耗的风机

技术领域

本发明涉及一种大风量低功耗的风机，属于通风、空调、制冷、热泵领域。

背景技术

在通风、空调、制冷、热泵领域，需要通过风机使气体流动、使流动的空气与冷媒交换热量。使用尽可能小的风机功耗，达到尽可能大的风量是行业内追求的目标。

在空调热泵领域，风机的风量对系统的COP关系重大。如在标准工况下的室外换热器中，进出风温差一般在10℃以上，如果能使风量增加50％，则进出风温差大致减少30％，使系统冷媒高低温差下降3℃以上，不考虑风机功耗的前提下，系统COP增加15％以上。

在现有常规的空调和空气源热泵系统中，室外机一般安装轴流风机，风机的功率为压缩机功率的5％-10％，轴流风机的风叶半径受设备的尺寸限制，风机的出风口面积不能任意扩大。在风机出风横截面积不变的前提下，如果要使室外机换热器风量增加到2倍，则出风风速也必须增加到2倍，出风气流的每公斤空气的动能会增加到原来的4倍，同时流过室外机换热器的每公斤空气阻力也会增加到原来的4倍，这样会要求风机的功率增加到原来功率的8倍，这就使得风机功率增加到压缩机功率的40％-80％。这样压缩机能耗的减少值<<风机能耗的增加值，系统的总能耗是增加的，显然是得不偿失的。所以现有的空调和热泵系统，风机的结构限制了风量的提高，使室外机换热器的进出风温差限定在较高的数值上，一般超过10℃。不少室内机换热器上也有类似现象。

从另一角度来分析，空调和热泵系统中，空气气流离开两器(冷凝器和蒸发器)时，将带走本身拥有的动能，其动能不能再被利用。所以同样的风量，希望其带走的能量越小越好，也即出风风速越小越好。

空调和空气源热泵系统中，如果流过两器的风量增加，会减小进出风的温差，增加空气和冷凝器、蒸发器内冷媒的温差，从而增加空气和冷媒的热量传导速度和传热量。所以风机风量的增加，可以为减小冷凝器和蒸发器的换热面积和体积、节约成本创造条件。

在通风排风领域，风机所作的功基本转化为出风气流的动能，风道中摩擦阻力带来的能耗占总能耗的比例很小。如能使出风气流的风速下降，而保持气流量不变，可减少风机的功率；或者出风气流的风速下降而风机功率不变可使风量增加。

总之：在空调、热泵装置中，如果有办法在不增加或少增加风机能耗的前提下，使风机的风量大幅度增加，对提高空调热泵系统的COP，会有显著的效果。在通风领域，不增加能耗而使风机的风量增加，或不减少风量使风速下降，即意味着节能。

发明内容

本发明针对现有风机的不足，公开一种大风量低功耗的风机，风机包括电机和气体驱动部件，定义气体驱动部件的旋转轴心为中心轴②，定义风机运行时气体驱动部件绕中心轴②旋转形成的回旋体状的外侧出风面为S1⑥，定义S1在轴向的投影为S2⑦，定义S1的面积为A、S2的面积为B，其特征为所述的出风面S1不是一平面；出风面S1上至少有部分区域的法线与中心轴②的夹角>30°，至少有部分区域的法线与中心轴②的夹角<60°；A/B>1.2；至少有部分从出风面S1流出的气体的流动方向有径向的分量，且该气体的流动方向与中心轴②形成的夹角>30°；定义S1⑥到中心轴②的最大距离也即回旋体的最大回旋半径为为D、S1⑥上离开中心轴②距离大于0.35D的任意两个位置的出风侧气体流动速度之比为C，1/2≦C≦2。

下面对本发明的原理进行阐述：风机出风气体流量Q＝出风风速V×出风口横截面积M，气流动能值E＝ρ×QV2/2＝ρ×MV³/2＝ρ×Q³/2M²，ρ为空气的比重。从公式中可以看出：如M不变，气流动能E与风速V³和空气流量Q3成正比，如Q不变，气流动能E与M²成反比。例如气体流量Q不变时，如果使横截面积从M增加到1.5M，则速度从V减小到V/1.5，气流动能减少到1/1.5²×E＝0.444E，减少比例为1-0.444＝0.556＝55.6％。又例如出风口横截面积从M增加到3M，风速从V变为0.7V，则气体流量变为3M×0.7V＝2.1Q，动能＝ρ×2.1×Q×(0.7V)²/2＝ρ×2.1×0.49QV²/2＝1.03ρ×QV²/2，即此时气体流量增加到2.1倍，动能变为1.03倍，动能值基本不变。本发明中，气体驱动部件不是常规的轴流风机的风叶，而是风叶在长度方向圆滑弯曲、或者是轴流风叶与离心风轮相组合，使风机的出风面从一个圆平面或圆环形平面变成为一个回旋体的外侧曲面S1⑥，回旋体在中心轴方向的投影仍为圆平面或圆环形平面S2⑦，因为回旋体的外侧曲面S1⑥的面积A大于S2⑦的面积B，这样增加了风机的总的出风横截面积，可以在风量不增加或风量增加比例小于出风横截面积增加比例的前提下，使气流中每公斤气体的动能大幅度下降，减少风机出风气体所带走的总动能。同时，本发明中出风面S1⑥各区域气体的流动速度之比不超过1：2，使所有气体的流动速度尽量均匀，使得相同风量时，出风气流所带走的总动能最小。

总结本发明的核心思想：不增加风机的气体驱动部件旋转时在轴向投影面积的前提下，从常规轴流风机的轴向出风变成现在S1面的轴向加径向出风，使风机的出风面积增加，同时使各出风区域风速均匀。本发明扩大了出风面积，因出风气流的总动能E与出风面积M的平方成反比，所以相比轴流风机，在空气流量Q不变和出风速度均匀的前提下，大幅度降低了出风气流的动能和风机功耗；或者是在风量增加的同时，使风机功耗的增加远远小于轴流风机正比于风量Q³的功耗增加，甚至可以使风量增加而风机功耗不增加或减小。最终达到小风机功耗大风量的目的，使空调和热泵系统的COP显著提高，使通风装置的能耗显著下降。

作为优选：

1、风机出风中的任何非轴向流动的气体的流动方向与轴向流动的气体的流动方向相互之间的夹角不大于90°，所有出风气流的轴向分量为同一方向。

2、所述风机中既有类似轴流风机中的风叶，又有类似离心风机中的风轮，所述风叶和风轮由同一电机驱动。作用是结构简单，出风面积大。

3、风机附有若干个导风圈或导风片。所述导风圈或导风片安装在曲面S1的出风侧，使出风气体的流动方向朝需要的方向改变。其作用是使出风气体的流动方向趋向轴向流动的方向，尽量使出风气体不再成为风机的进风。

4、所述气体驱动部件为若干个在长度方向是圆滑弯曲的风叶，风机在旋转时风叶形成一抛物线状的回旋体。

5、所述气体驱动部件为若干个在长度方向是圆滑弯曲的风叶，风机在旋转时风叶形成一球状的回旋体。

本发明的有益效果

一、本发明在通风领域，相比轴流风机，风机功率不变时，可以增加通风量50％-300％；风量不变时可以节能50％-90％。同时可减低噪音。

二、在不增加空调热泵设备的总体外形尺寸、不大幅度增加风机功耗的前提下，使室外机换热器的风量显著增加，有效的减少了室外机换热器的进出风温差，根据不同工况，进出风温差减少幅度在2℃-5℃之间，提高空调热泵系统的COP在10％-25％之间。如果室内机风机也可以同样改造，空调热泵系统的COP提高更多。

三、本发明用于空调热泵设备时，在设备采用小风阻的微通道换热器作为两器，同时保持微通道换热器的迎风面积与普通铜管翅片换热器面积相同时，在不增加风机功率的前提下，可进一步增加两器的风量，减少两器的进出风温差，显著提高空调热泵的COP。

附图说明

图1为本发明的轴流风机与离心风机相组合的风机结构示意图。

图2为本发明的加挡风圈的轴流风机与离心风机相组合的风机结构示意图。

图3为本发明球状风机的结构示意图。

图4为本发明抛物形状风机的结构示意图。

图5为本发明抛物形状风机加导风圈的结构示意图。

图6为本发明出风面S1和出风面在轴向投影S2的示意图。

图中：①风叶 ②中心轴 ③导风圈 ④风轮 ⑤渐缩导风管 ⑥S1 ⑦S2 ⑧挡风圈⑨通风管道 ⑩墙体。

具体实施方式

下面通过实施例，进一步阐述本发明的结构、功能、优点。

实施例1:圆柱状风机

本实施例中，参见图1、图2，风机中有轴流风机的风叶①和离心风机中的风轮④，风叶①和风轮④相对固定，由同一个电机驱动，风叶①产生轴向的气流，风轮④产生径向的气流。除电机所在的中心轴②位置附近区域以外，轴向气流和刚脱离风轮④的径向气流的速度基本相同，相互之间风速差不超过50％。径向的出风面积不小于轴向出风面积的1/2，即风轮形成的柱体侧表面积不小于柱体顶端的圆面积的1/2。在圆柱体外侧面有若干导风圈③或导风片，使径向出风往轴流方向偏转，避免径向出风再次成为风机的进风。根据实际需要，可以设置或不设置挡风圈⑧。

例如圆柱的直径为50厘米，风轮的长度为25厘米，则圆柱顶端圆面积为0.5×0.5×3.14/4＝0.196米²，圆柱侧面面积为3.14×0.5×0.25＝0.392米²。即在此情况下，相比轴流风机，出风面积增加到3倍，如果保持风量不变，出风气流速度均匀，则风速减少到原风速的1/3，气流的动能减少到原来的1/9；如果风速减小到原来的70％，则风量约为原来轴流风机的2.1倍，气流的动能为原来轴流风机的2.1×0.7×0.7＝1.029倍，即风量增加了110％，总出风气流动能几乎没增加。

如果本实施例用于通风排风场合，因风机所做的功绝大部分转化为出风气流的动能，气流摩擦造成的能量损耗比例很低，因此在风量不变时，可以减少80％以上的能耗，在风机功耗不变时，可增加100％的风量。

如果本实施例用于空调热泵的室外机上，一般需安装导风圈③或导风片，导风圈③或导风片可以是随风轮④一起转动，也可以是固定不动，使风轮④驱动的径向出风改变方向，朝轴流方向偏转，避免径向出风气体重新回到室外机的换热器。在常规轴流风机出风风速大于8米/秒的场合，一般风机所作功的60％以上转化为出风气体的动能，其余用于克服气流流过两器的摩擦阻力。本例子中，出风气体的动能相比轴流风机中的可减少约90％，使风机的功耗的90％用于克服气流流过两器的摩擦阻力，为原来40％的比例的2.2倍，同样的风机功率，可增加风量约30％，如采用常规轴流风机的室外机换热器的进出风温差为12℃，则可减小进出风温差约3.5℃，COP提高15％以上。

实施例2:抛物形状风机

参见图4、图5，本实施例中风机的风叶①在长度方向是圆滑弯曲的，风机①在旋转时风叶形成一抛物线状的回旋体，除中心轴②附近的安装电机的区域外，其它出风面S1⑥各位置的气流的速度基本相同，相互之间风速差不超过50％。

如本发明用于两个相隔离的空间进行通风排风，如将室内的空气排到室外，一般风机不安装导流片和导流圈③。

如风机用于空调和空气源热泵上，则一般需安装导流片或导流圈③，导流片或导流圈③可以是固定在风机上并随风机一起转动，也可以是固定在设备外壳上不随风机一起转动。

实施例3:球状通风风机

参见图3，本实施例中风机的风叶①在长度方向是圆滑弯曲的，风机在旋转时风叶①形成一球状的回旋体状出风面，风机安装在排风侧，回旋体内部与一贯通墙体⑩的通风管道⑨相连通，通风管道⑨进风口在墙体⑩的吸风侧，通风管道进风口连接一渐缩导风管⑤，渐缩导风管⑤的横截面积由外向内逐渐缩小，渐缩导风管⑤的收缩端与通风管道⑨相连通，渐缩导风管⑤的收缩端直径和通风管道⑨直径相同。除安装电机的中心轴②位置附近区域，其它出风面S1⑥各位置的气流的速度基本相同，相互之间风速差不超过50％。

假设常规的轴流风机的风叶直径为管道的直径L，本发明的球体的直径是风叶直径L的1.5倍，减去与管道相连通部分，则球状体的S1⑥表面积约为2.25L²×3.14×80％，而直径为L的轴流风机的出风面积为L²/4×3.14，两者面积比例是2.25×0.8×4＝7.2倍；同样的通风量，风速比例为1：7.2，本发明方案的气流带走的动能为轴流风机的1/7.2²，约为2％左右，因此可节约大量的能耗。

以上各实施例只是本发明的几个具体应用和对本发明的各项权利要求的具体阐述，本发明中的气体驱动部件在风机旋转时可以构成各种形状的回旋体，如锥形、梯形、半球形等等。只要具备了本发明权利要求所公开的特征，均属于本发明所覆盖的保护范围。

Claims

1.一种大风量低功耗的风机，风机包括电机和气体驱动部件，定义气体驱动部件的旋转轴心为中心轴，定义风机运行时气体驱动部件绕中心轴旋转形成的回旋体状的外侧出风面为S1，定义S1在轴向的投影为S2，定义S1的面积为A、S2的面积为B，其特征为所述的出风面S1不是一平面；出风面S1上至少有部分区域的法线与中心轴的夹角>30°，至少有部分区域的法线与中心轴的夹角<60°；A/B>1.2；至少有部分从出风面S1流出的气体的流动方向有径向的分量，且该气体的流动方向与中心轴形成的夹角>30°；定义S1到中心轴的最大距离即回旋体的最大回旋半径为D、S1上离开中心轴距离大于0.35D的任意两个位置的出风侧气体流动速度之比为C，1/2≦C≦2。

2.根据权利要求1所述的一种大风量低功耗的风机，其特征为风机出风的任何非轴向流动的气体的流动方向与轴向流动的气体的流动方向相互之间的夹角不大于90°,即所有出风气流的轴向分量为同一方向。

3.根据权利要求1所述的一种大风量低功耗的风机，其特征为所述气体驱动部件中包括使气体作轴向流动的风叶，也包括使气体作径向流动的风轮，所述风叶和风轮由同一电机驱动。

4.根据权利要求1所述的一种大风量低功耗的风机，其特征为风机附有若干个导风圈或导风片，所述导风圈或导风片安装在出风面S1的出风侧，使出风气体的流动方向朝需要的方向改变。

5.根据权利要求1所述的一种大风量低功耗的风机，其特征为所述气体驱动部件为若干个在长度方向是圆滑弯曲的风叶，风机在旋转时风叶形成一抛物线状的回旋体。

6.根据权利要求1所述的一种大风量低功耗的风机，其特征为所述气体驱动部件为若干个在长度方向是圆滑弯曲的风叶，风机在旋转时风叶形成一球状的回旋体。