CN115306742A - 用于轴流风扇的集成扩散器格栅 - Google Patents

Abstract

一种用于盘管单元的集成扩散器格栅包括毂、堆叠扩散器壁、在毂与堆叠扩散器壁之间延伸的多个径向辐条，以及从堆叠扩散器壁向内延伸的多个局部辐条。局部辐条的径向长度小于辐条的径向长度。多个周向元件连接到毂与堆叠扩散器壁之间的多个径向辐条。至少一个周向元件连接到多个局部辐条，并且至少一个周向元件具有围绕多个周向元件的圆周的非均匀构造。多个径向辐条的横截面具有翼型形状，并且翼型形状的辐条节距角、外倾角和弦中的至少一个在多个辐条的径向长度上变化。

Description

用于轴流风扇的集成扩散器格栅

技术领域

本公开的示例性实施例总体上涉及空调系统，并且更具体地涉及适合与空调系统的风扇一起使用的集成扩散器格栅。

背景技术

常规空调单元通常包括用于蒸发和吸热的室内单元和用于冷凝和散热的室外单元。这种室外单元或冷凝单元包括定位于每个风扇上方的格栅，以防止异物被引入到风扇的流径中，并用作手指保护，而不妨碍风扇性能。现有室外单元或冷凝单元中存在的格栅通常是线材格栅(由金属制成)。尽管现有线材格栅适合于它们的预期目的，但希望提供一种备选的复合格栅或防护装置，而不妨碍系统的操作效率或此类部件所要求的UL标准的遵从。

发明内容

公开了一种用于盘管单元(coil unit)的集成扩散器格栅，包括毂、堆叠扩散器壁、在毂与堆叠扩散器壁之间延伸的多个径向辐条，以及从堆叠扩散器壁向内延伸的多个局部辐条。局部辐条的径向长度小于辐条的径向长度。多个周向元件连接到毂与堆叠扩散器壁之间的多个径向辐条。至少一个周向元件连接到多个局部辐条，并且至少一个周向元件具有围绕多个周向元件的圆周的非均匀构造。多个径向辐条的横截面具有翼型形状，并且翼型形状的辐条节距角、外倾角和弦中的至少一个在多个辐条的径向长度上变化。

除了上述一个或多个特征之外，或作为备选，在其它实施例中，多个径向辐条和多个局部辐条构造成在空气流流过多个径向辐条和多个局部辐条时使空气流变直。

除了上述一个或多个特征之外，或作为备选，在其它实施例中，由翼型形状的中弦在多个径向辐条中的至少一个的径向长度上限定的堆叠线是直线。

除了上述一个或多个特征之外，或作为备选，在其它实施例中，多个径向辐条中的每一个包括与毂相邻的径向内部部分、与堆叠扩散器壁相邻的径向外部部分，以及设置在径向内部部分与径向外部部分之间的径向中间部分。

除了上述一个或多个特征之外，或作为备选，在其它实施例中，径向内部部分从径向长度的0%延伸到约20%，径向中间部分从径向长度的约20%延伸到约70%，并且径向外部部分从径向长度的约70%延伸到100%。

除了上述一个或多个特征之外，或作为备选，在其它实施例中，多个径向辐条中的至少一个的径向内部部分具有以下至少一个：相对于周向方向从约45-55度增加到约60-65度的辐条节距角、从约15-25度减少到约0-5度的外倾角，以及相对于末端区段处的弦从约80%-85%减少到约70%-75%的弦。

除了上述一个或多个特征之外，或作为备选，在其它实施例中，多个径向辐条中的至少一个的径向外部部分具有以下至少一个：相对于周向方向从约70-80度减小到约30-50度的辐条节距角、从约0-5度增加到约15-25度的外倾角，以及相对于末端区段处的弦从约65%-70%增加到100%的弦。

除了上述一个或多个特征之外，或作为备选，在其它实施例中，多个径向辐条中的至少一个的径向中间部分具有以下至少一个：相对于周向方向从约60-65度增加到约70-80度的辐条节距角、在约0-5度之间恒定的外倾角，以及相对于末端区段处的弦从约70%-75%减少到约65%-70%的弦。

除了上述一个或多个特征之外，或作为备选，在其它实施例中，多个局部辐条中的每一个都具有翼型形状，并且多个局部辐条的构造与在相同的径向位置处的多个径向辐条的构造基本上相同。

除了上述一个或多个特征之外，或作为备选，在其它实施例中，毂、堆叠扩散器壁、多个径向辐条、多个局部辐条和多个周向元件一体形成为单个整体结构，该单个整体结构由非金属材料形成。

除了上述一个或多个特征之外，或作为备选，在其它实施例中，单个整体结构由塑料材料形成。

除了上述一个或多个特征之外，或作为备选，在其它实施例中，多个周向元件具有上游侧和下游侧，并且至少一个周向元件的上游侧具有非均匀轮廓。

除了上述一个或多个特征之外，或作为备选，在其它实施例中，在与多个径向辐条中的每个的界面相邻的位置处，深度沿朝向至少一个周向元件的上游侧的方向增加。

除了上述一个或多个特征之外，或作为备选，在其它实施例中，多个局部辐条的径向长度小于或等于多个径向辐条的径向长度的约40%。

除了上述一个或多个特征之外，或作为备选，在其它实施例中，包括与堆叠扩散器壁一体形成的多个特征。

除了上述一个或多个特征之外，或作为备选，在其它实施例中，多个特征与多个径向辐条和多个局部辐条径向对准。

除了上述一个或多个特征之外，或作为备选，在其它实施例中，多个特征布置成组，这些组围绕外壁的外围间隔开。

除了上述一个或多个特征之外，或作为备选，在其它实施例中，集成扩散器格栅是空调系统的空气冷却器单元的顶盖组件的一部分。

除了上述一个或多个特征之外，或作为备选，在其它实施例中，顶盖组件还包括风扇组件，集成扩散器格栅定位成与风扇组件成重叠布置以限制接近风扇组件。

除了上述一个或多个特征之外，或作为备选，在其它实施例中，集成扩散器格栅相对于通过风扇组件的空气流定位在风扇组件的下游。

附图说明

以下描述不应视为以任何方式进行限制。参考附图，相同的元件相同地进行编号：

图1是根据实施例的示例性风冷式冷却器单元的透视图；

图2A是根据实施例的图1的风冷式制冷机单元的盘管单元的前视图；

图2B是根据实施例的图2A的盘管单元的俯视图；

图3是根据实施例的用于盘管单元的集成扩散器格栅的透视图；

图4是根据实施例的图3的集成扩散器格栅的俯视图；

图5是根据实施例的图3的集成扩散器格栅的后视图；

图6是根据实施例的图3的集成扩散器格栅的横截面侧视图；

图7是根据实施例的图3的集成扩散器格栅的一部分的俯视图；

图8A-8C是根据实施例的图7的集成扩散器格栅的径向辐条在辐条的跨度上的不同位置处截取的横截面视图；

图9是根据实施例的集成扩散器格栅的外壁的外表面的详细透视图；以及

图10是根据实施例的集成扩散器格栅的后部的详细透视图。

具体实施方式

本文通过示例而非限制的方式参考附图给出了所公开的设备和方法的一个或多个实施例的详细描述。

现在参考图1，示出了空调系统的示例性风冷式冷却器单元10。风冷式冷却器单元10可包括单个盘管单元20，或备选地，以堆叠构造布置的多个盘管单元20。现在参考图2A和图2B，每个盘管单元20具有壳体，该壳体包括具有大体矩形平面形状的底座或底盘22。然而，底盘22的平面形状是其它构造(例如，正方形、圆柱形或其它形状)的实施例也在本公开的范围内。

底盘22支撑盘管单元20的其余部件。如图所示，在底盘22内布置有热交换器组件24。在所示出的非限制性实施例中，热交换器组件24包括以V形或A形定向的两个热交换器盘管。然而，本文还可设想具有其它形状(例如，W形)的热交换器组件。此外，热交换器组件24包绕两个头部之间的底盘22的覆盖区的一个、两个、三个或四个侧面和/或一个或多个角部的实施例也在本公开的范围内。然而，在这样的实施例中，热交换器组件24的平面形状不需要与底盘22的平面形状相匹配。与热交换器24流体地联接的压缩机26定位于热交换器24的内部，并构造成通过蒸气压缩循环泵送制冷剂。

底盘22形成壳体的下部部分，并且顶盖组件30形成壳体的上部部分。沿横向周界，壳体可包括一个或多个百叶窗式面板28、角柱(未示出)或其它结构构件以连接底盘22和顶盖组件30。顶盖组件30包括至少一个风扇组件32和与每个风扇组件32相关联的格栅或风扇防护装置34。应当理解的是，图1、图2A和图2B中所示的格栅或风扇防护装置34具有现今常用的构造(即，由金属制成的线材格栅)。尽管在所示出的非限制性实施例中示出了两个风扇组件32，但应当理解的是，本文中可设想具有单个风扇组件或两个以上风扇组件的盘管单元的实施例。每个风扇组件32构造成径向向内并穿过热交换器组件24抽吸环境空气。然后，热交换器组件24下游的加热空气轴向穿过一个或多个风扇组件32被抽吸并通过风扇防护装置34中的开口向上排放，这将在下文更详细地描述。尽管在本文中示出和描述了具有特定构造的盘管单元20，但应当理解的是，具有其它构造的盘管单元20也在本公开的范围内。

现在参考图2B，更详细地示出了顶盖组件30的示例。如图所示，顶盖组件30的风扇组件32包括壳体36和位于壳体36内的风扇转子或叶轮38。风扇转子38大体包括从毂42径向向外延伸的多个风扇叶片40。风扇叶片40的远侧端部44可连接到护罩，或备选地，风扇叶片40的远侧端部44可在风扇叶片40和壳体36的相邻表面之间限定孔口或喉部(未示出)。例如经由轴或其它联接器件(例如，如带、绳或链)可操作地联接到风扇组件32的马达48可用于通过使风扇转子38围绕风扇轴线X(见图2A)旋转来操作风扇组件32。马达48可大体竖直定向，使得马达48的旋转轴线(未示出)布置成平行于或同轴于风扇轴线X。然而，应当理解的是，具有其它构造的风扇组件32，或其它类型的风扇(例如，如混流风扇)都在本公开的范围内。

现在参考图3-10，示出了集成扩散器格栅34(即，替代图1、图2A和图2B所示的现今使用的传统线材格栅)。应当理解的是，集成扩散器格栅34在本文中可称为格栅34。如图3中所示，格栅34包括毂50、堆叠扩散器壁或外壁52，以及在毂50的外部与堆叠扩散器壁52的内部之间径向延伸并连接到它们的多个辐条54。堆叠扩散器壁52可能能够定位成与风扇组件32的壳体36(图2A中所示)(例如，其外表面)重叠布置。在所示的非限制性实施例中，格栅34包括围绕毂50的外围等距间隔开的十六个径向辐条54。然而，应当理解的是，本文中也可设想具有任意数量的辐条54的实施例和/或辐条54不均匀间隔开的实施例。此外，多个辐条54可基本上相同，或备选地，辐条54的构造可围绕毂50的外围变化。

如图8A-8C中最佳所示，当在大体平行于风扇轴线X定向的平面中截取时，辐条54中的每一个的横截面具有翼型形状。如本领域已知并且在本文中使用的用语“翼型形状”是指具有大体弯曲的前缘、弯曲的或尖的后缘，以及在前缘与后缘之间延伸并连接它们的弯曲的上表面和下表面的形状。辐条54可具有面向上游风扇组件32的前缘和向外面向朝向格栅34周围的环境大气的下游边缘。中弦点限定在前缘与后缘之间延伸的假想直线(也称为弦)的中心。每个辐条54的堆叠线由在辐条54的径向跨度上截取的翼型形状横截面的中弦点限定。在实施例中，多个辐条54中的至少一个的堆叠线基本上是直的。然而，一个或多个辐条54的堆叠线具有其它构造(例如，非线性构造)的实施例也在本公开的范围内。

在风扇组件32构造为轴流风扇的实施例中，通过风扇组件32朝向格栅34移动的空气流A大体上具有轴向分量、径向分量和切向分量。在实施例中，多个辐条54构造为出口导叶。因此，径向辐条54的构造可选择成使从风扇组件32离开的空气流变直，从而将空气流A中的涡流动能转化成穿过辐条54的静压升高。在这样的实施例中，辐条54可包括在周向或轴向方向上的倾斜或扫掠。可受控制以使空气流A扩散或变直的辐条54的参数包括但不限于辐条节距角、外倾角和弦。

每个辐条54的构造可在辐条54的径向长度或跨度上变化，以补偿该区域中的空气流A的条件。例如，每个辐条54可包括从毂(0%)延伸到跨度的约20%的径向内部部分、在跨度的约20%到跨度的约70%之间延伸的径向中间部分，以及从跨度的约70%延伸到100%的径向外部部分。图8A中示出了辐条54的径向内部部分的横截面的示例。在实施例中，从风扇转子38输出的空气流A可与毂42相邻地具有高展向(spanwise)的涡流，并因此辐条54的径向内部部分与围绕毂42的风扇转子38对准。在这样的实施例中，相对于周向方向测量的多个辐条54中的至少一个的径向内部部分的辐条节距角可相对于周向方向逐渐增加约十度或更多，例如，从约45-55度到约60-65度。备选地或附加地，多个辐条54中的至少一个的径向内部部分的外倾角可逐渐减小至少约10度，例如，从约15-25度到约0-5度。此外，径向内部部分的弦可逐渐减小约10-15%，例如从辐条54的末端区段处的弦的约80%-85%减小到约70%-75%。如本文所用，短语“末端区段”是指辐条54在辐条54和外壁52之间的界面处的远侧端部。

如图7中所示，辐条54中的至少一个的径向中间部分可具有以下一个或多个：相对于周向方向逐渐增加约十度或更多，例如从约60-65度到约70-80度的辐条节距角、在约0-5度之间的恒定外倾角，以及约5%或更大的弦减小，例如从末端区段处的弦的约70%-75%减小到约65%-70。

从风扇转子38输出的空气流A可与风扇叶片40的远侧端部44相邻地具有高涡流。为了补偿这种流动，与风扇叶片40的远侧端部44轴向对准的辐条54中的一个或多个的径向外部部分(见图8B)可相对于周向方向具有辐条节距角的急剧减小，如约20度或更大，例如，从约70-80度到约30-50度的减小。备选地或附加地，辐条54中的至少一个的径向外部部分的外倾角可急剧增加，例如增加至少约10度，例如，从约0-5度增加到约15-25度，并且/或辐条54中的至少一个的径向外部部分的弦可急剧增加至少约20％，例如从末端区段处的弦的约65％-70％增加到100％。

在所示的非限制性实施例中，格栅34另外包括从外壁52向内延伸并布置在成对的相邻辐条54之间的多个局部辐条56。尽管局部辐条56示出为在每对相邻辐条54之间等距地间隔开，但是本文中还可设想其中局部辐条56的一个或多个布置在一对辐条54之间的非中心位置处的实施例。局部辐条56的径向长度小于辐条54的径向长度。在实施例中，局部辐条56的径向长度小于辐条54的径向长度的50%，并且进一步可小于辐条54的径向长度的40%、30%、或甚至20%。

由于提供给局部辐条56的空气流A具有与提供给辐条54的对应部分的空气流相同的流动条件，所以在实施例中，局部辐条56的构造与在相同的径向位置处的辐条的构造基本上相同(见图8B)。例如，局部辐条56的辐条节距角、弦和外倾角可与在相同展向位置处的辐条54的辐条节距角、弦长和外倾角相同。

再次参考图3并进一步参考图9，为了增强外壁52的结构刚度，多个结构特征60(例如，如肋或突片)可围绕外壁52的外表面61的外围布置。特征60可以是附接到外壁52的单独部件或可一体形成为外壁52的一部分。结构特征60的构造可基于在外壁52处经历的力和/或应力来选择。结构特征60可以是单独的特征，或备选地，可如图中所示形成成组。在特征60聚集成组的实施例中，每个组内的特征60可以是基本上相同的或可变化。单独特征60或成组特征60可仅围绕外壁52的一部分或备选地围绕外壁的整个外围延伸。此外，特征60或成组特征60可连续布置或可围绕全部或部分外围以间隔间隔开。在实施例中，每个特征60或成组特征60分别与多个辐条54中的一个或多个局部辐条56中的一个径向对准。

格栅34还可包括一个或多个元件62，其在毂50和外壁52之间围绕毂50周向延伸。在所示的非限制性实施例中，格栅34包括多个同心安装的周向元件62，所述周向元件彼此等距间隔开且位于毂50与外壁52之间。然而，周向元件62不是等距间隔开的或周向元件62中的一个或多个的中心偏离风扇轴线X的实施例也在本公开的范围内。多个开口64限定在相邻的周向元件62、径向辐条54和局部辐条56之间。在实施例中，多个开口64的尺寸选择成防止异物或手指经由格栅34进入风扇组件32中。然而，应当注意的是，至少部分地由局部辐条56限定的开口64的尺寸小于限定在相邻径向辐条54与周向元件62之间的开口64。

如图所示，周向元件62中的每一个可连接到多个径向辐条54中的每一个。此外，周向元件62的至少一部分可构造成与局部辐条56重叠并且可类似地连接到局部辐条56中的每一个。在实施例中，毂50、堆叠扩散器外壁52、辐条54、局部辐条56和周向元件62一体形成为单个整体部件。在这样的实施例中，格栅34可经由任何合适的过程制造，包括但不限于例如注塑成型或增材制造。在实施例中，格栅34由非金属材料形成，例如，塑料或复合材料。通过使用塑料材料，消除了降解的可能性，例如由于暴露于元素(例如雨)而形成锈。然而，格栅34由金属材料形成的实施例也在本公开的范围内。

在实施例中，周向元件62中的一个或多个的构造围绕其圆周变化或是不均匀的。例如，如图9中最佳所示，周向元件62的平行于风扇轴线X测量的厚度可能是不均匀的，以减少空气流通过周向元件62时的空气动力损失。在所示的非限制性实施例中，与径向辐条54或局部辐条56直接相邻的一个或多个周向元件62的深度相对于居中布置在两个径向辐条54之间或居中布置在局部辐条56与径向辐条54之间的周向元件62的一部分增加。如图所示，厚度可从周向元件62的中心部分处的第一深度渐缩到与辐条54和局部辐条56相邻的第二深度。此外，在实施例中，该渐缩深度存在于面向风扇组件32的周向元件62的上游端部处。因此，周向元件62中的每一个的下游端部可围绕其外围是基本上均匀的并且布置在平面内。然而，本文可设想周向元件62的其它构造。

如上所示和所述，格栅34可适合与盘管单元20一起使用。在某些情况下，格栅34可构造成满足室外风扇格栅的所有UL合规要求。例如，格栅可由UL许可的材料制成，满足UL手指保护要求，并且可在6英寸直径的圆上支撑200磅的结构负载。此外，格栅34的性能可与现有的线材格栅相当(或更好)，并且可为现有系统提供合适的替代选择，而不对风扇组件的空气动力学性能或整体系统效率产生负面影响。

用语“约”旨在包括与基于提交申请时可用设备的特定量的测量相关联的误差程度。

本文使用的用语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本公开。如本文使用的单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指出。还将理解的是，用语“包括”和/或“包含”在用于此说明书中时表示指出的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并未排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件组件和/或其群组。

尽管已经参考示例性实施例描述了本公开，但本领域技术人员将理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可进行各种改变并且可用等同物替换其元件。此外，可制作出许多改型来使特定情形或材料适于本公开的教导内容，而不脱离其基本范围。因此，旨在的是本公开不限于作为用于执行本公开设想的最佳模式的特定实施例，而是本公开将包括落入权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (20)

1.一种用于盘管单元的集成扩散器格栅，包括：

毂；

堆叠扩散器壁；

在所述毂与所述堆叠扩散器壁之间延伸的多个径向辐条；

从所述堆叠扩散器壁向内延伸的多个局部辐条，其中，所述多个局部辐条的径向长度小于所述多个辐条的径向长度；以及

布置在所述毂与所述堆叠扩散器壁之间的多个周向元件，所述多个周向元件连接到所述多个径向辐条，所述多个周向元件中的至少一个周向元件连接到所述多个局部辐条，所述多个周向元件中的至少一个周向元件具有围绕所述多个周向元件的圆周的非均匀构造；

其中，所述多个径向辐条的横截面具有翼型形状，并且其中，所述翼型形状的辐条节距角、外倾角和弦中的至少一个在所述多个辐条的径向长度上变化。

2.根据权利要求1所述的集成扩散器格栅，其中，所述多个径向辐条和所述多个局部辐条构造成当空气流流过所述多个径向辐条和所述多个局部辐条时使空气流变直。

3.根据权利要求1所述的集成扩散器格栅，其中，由所述翼型形状的中弦在所述多个径向辐条中的至少一个的径向长度上限定的堆叠线是直线。

4.根据权利要求1所述的集成扩散器格栅，其中，所述多个径向辐条中的每一个包括与所述毂相邻的径向内部部分、与所述堆叠扩散器壁相邻的径向外部部分，以及设置在所述径向内部部分与所述径向外部部分之间的径向中间部分。

5.根据权利要求4所述的集成扩散器格栅，其中，所述径向内部部分从所述径向长度的0%延伸到约20%，所述径向中间部从所述径向长度的约20%延伸到约70%，并且所述径向外部部分从径向长度的约70%延伸到100%。

6.根据权利要求4所述的集成扩散器格栅，其中，所述多个径向辐条中的至少一个的径向内部部分具有以下至少一个：相对于周向方向从约45-55度增加到约60-65度的辐条节距角、从约15-25度减少到约0-5度的外倾角，以及相对于末端区段处的弦从约80%-85%减少到约70%-75%的弦。

7.根据权利要求4所述的集成扩散器格栅，其中，所述多个径向辐条中的至少一个的径向外部部分具有以下至少一个：相对于周向方向从约70-80度减少到约30-50度的辐条节距角、从约0-5度增加到约15-25度的外倾角，以及相对于末端区段处的弦从约65%-70%增加到100%的弦。

8.根据权利要求4所述的集成扩散器格栅，其中，所述多个径向辐条中的至少一个的径向内部中间部分具有以下至少一个：相对于周向方向从约60-65度增加到约70-80度的辐条节距角、在约0-5度之间恒定的外倾角，以及相对于末端区段处的弦从约70%-75%减少到约65%-70%的弦。

9.根据权利要求1所述的集成扩散器格栅，其中，所述多个局部辐条中的每一个具有翼型形状，并且所述多个局部辐条的构造与在相同径向位置处的所述多个径向辐条的构造基本上相同。

10.根据权利要求1所述的集成扩散器格栅，其中，所述毂、所述堆叠扩散器壁、所述多个径向辐条、所述多个局部辐条和所述多个周向元件一体形成为单个整体结构，所述单个整体结构由非金属材料形成。

11.根据权利要求10所述的集成扩散器格栅，其中，所述单个整体结构由塑料材料形成。

12.根据权利要求1所述的集成扩散器格栅，其中，所述多个周向元件具有上游侧和下游侧，并且所述至少一个周向元件的上游侧具有非均匀轮廓。

13.根据权利要求12所述的集成扩散器格栅，其中，在与所述多个径向辐条中的每一个的界面相邻的位置处，深度沿朝向所述至少一个周向元件的上游侧的方向增加。

14.根据权利要求1所述的集成扩散器格栅，其中，所述多个局部辐条的径向长度小于或等于所述多个径向辐条的径向长度的约40%。

15.根据权利要求1所述的集成扩散器格栅，还包括与所述堆叠扩散器壁一体形成的多个特征。

16.根据权利要求15所述的集成扩散器格栅，其中，所述多个特征与所述多个径向辐条和所述多个局部辐条径向对准。

17.根据权利要求15所述的集成扩散器格栅，其中，所述多个特征布置成组，所述组围绕所述外壁的外围间隔开。

18.根据权利要求1所述的集成扩散器格栅，其中，所述集成扩散器格栅是空调系统的空气冷却器单元的顶盖组件的一部分。

19.根据权利要求18所述的集成式扩散器格栅，其中，所述顶盖组件还包括风扇组件，所述集成式扩散器格栅与所述风扇组件重叠布置以限制接近所述风扇组件。

20.根据权利要求18所述的集成扩散器格栅，其中，所述集成扩散器格栅相对于通过所述风扇组件的空气流位于所述风扇组件的下游。

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