CN117029149A - 一种混合动力排气装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混合动力排气装置，包括：进气管、防护盖、电动机、叶轮、支撑体，在进气管与防护盖之间装有整流罩，进气管的上端口置于整流罩的下端口内，电动机安装在防护盖外的顶部，叶轮位于防护盖内的下部，叶轮由叶片和轮毂组成，叶轮的叶片是沿着轮毂平面向下弯曲一角度并位于进气管上部与整流罩之间的气流通道内及支撑体的上部，该装置，可根据工况情况，实现自然动力、电动力的混合动力排气。气流不会倒灌，防护性能好，可用于构筑物需要排气或通风散热或除湿的场所。

Description

一种混合动力排气装置

技术领域

本发明属于建筑物排气技术领域。涉及空气动力学、流体力学、热力学和自动控制等，特别是屋顶排气装置。

背景技术

现代建筑的屋顶排气装置分为电动屋顶风机和利用自然风及热压（简称自然动力）的排风机。电动屋顶风机由防护盖、进风管、电动风机等组成，该种电动屋顶风机主要存在以下不足：一是，从进风管排出的气体会直接吹向其顶部的防护盖上，再反流到出风口，使得大部分气流产生滞止并在排气通道内产生大量涡流，气流流动的损耗大大增加，排气效率大大降低。二是，电动机安装在进气管内或防护盖下，当所排气体温度较高时，进气管内的电动机会迅速增加温升，极易烧毁电动机。三是、无法同时利用自然动力排气。典型的结构如：中国专利，专利号为202222151671.0。

现有电动屋顶风机不具有利用自然动力的功能，要实现电动力和自然力排气，只能分别安装使用或通过管路将两者进风口分别设置单向阀联合使用。如此使用的结构十分复杂，占用空间大。

自然动力风机分为转动的球形排气风帽和静止的排气风帽等多种结构形式，一般由进风管、排气罩等组成。该类自然动力风机的不足之处主要表现在：无风或无热压或风力较小或热压较小时起不到排气作用。

在自然动力排气机的进风管内直接安装电动风机，可以实现混合动力排气，但这种结构同样存在以下不足：一是，从进风管排出的气体会直接吹向其顶部的防护盖上，再反流到出风口，使得大部分气流产生滞止并在排气通道内产生大量涡流，气流损耗大，排气效率低。二是，电动风机安装在进风管内，当所排气体温度较高时，进气管内的电动机会迅速增加温升，极易烧毁电动机。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：寻求一种既能利用自然风力和室内热压排气，又能使用电动风机排气，且效率更高、结构更简单、安全可靠的混合动力排气装置。

为达到上述目的和解决上述技术问题，特别是减少气流滞止和涡流产生，进一步提高排气效率，本发明提出的技术方案是：

一种混合动力排气装置，包括：进气管、防护盖、电动机、叶轮、支撑体，所述进气管是一具有上端口和下端口的通气管体，所述防护盖是一盖体，所述叶轮由叶片和轮毂组成，在所述进气管与所述防护盖之间装有整流罩，所述整流罩是一具有上端口和下端口且上端口直径大于下端口直径的流线形曲面壳体，所述防护盖位于整流罩的上端口上；所述进气管的上端口外缘尺寸小于整流罩的下端口内缘尺寸，进气管的上端口置于整流罩的下端口内，进气管与整流罩之间通过支撑体连接；进气管内及进气管与整流罩、防护盖之间的空间形成气流通道，进气管的下端口为进气口，进气管的外壁与整流罩的下端口之间的空间为出气口；所述电动机安装在防护盖外的顶部，所述叶轮的轮毂位于防护盖内的下部，所述叶轮的叶片平面与轮毂的平面之间的夹角是在5°至85°之间，叶片的叶尖向着出气口方向，并位于进气管上部与整流罩之间的气流通道内及支撑体的上部，所述叶轮叶片的轴向纵切面形状与进气管上部与整流罩之间的气流通道的轴向纵切面形状相吻合，优选地在叶片对应于轮毂到进气管上端口之间高度范围内的径向宽度小于进气管外壁至整流罩内壁之间的径向宽度，以减小风叶阻力及散流作用。叶片截面可以是等厚度截面，也可以是翼型截面。所述电动机的转轴穿过防护盖与所述叶轮的轮毂固定连接。所述电动机与叶轮一起构成电动风机。

该装置，可实现自然动力与电动力的混合动力排气，在外来风速较大时或室内外温差较大时，可依靠自然动力排气，电动风机可以停机，也可以开机；在外来风速较小时或室内外温差较小时或排气装置内外温差较小时启动电动风机排气。

该装置主要零部件的结构及其作用是：（1）整流罩，当整流罩是流线形曲面壳体时，流体会在流线形曲面上产生附壁效应，不易产生气流分离，整流罩可以使水平来流的一维层流或二维层流的流动转换成二维流动或三维流动，即产生向下的轴向气流流动分量和水平的径向流动分量，以提高整流罩与进气管之间的排气口的射流抽吸效果，排气效果更高。特别是该装置的流线形曲面壳体的上部流体还会受到下部后面来流的“冲压”作用，气流更不易分离；附面层不分离时压差阻力会减小，外来气流在该装置的出气口处的喷射抽气效率会越高。雷诺系数越大，阻力系数越小。所述整流罩是一具有上端口和下端口且上端口直径大于下端口直径的流线形曲面壳体，包括具有上端口和下端口的局部球形曲面壳体、局部抛物面形曲面壳体等。（2）进气管，所述进气管是一上端口和下端口可通气的管体，可以是上端口和下端口开放，也可以是进气管的上下端口封闭，而在上下端口处的侧壁上开有若干通气口。可以是圆形管筒或多边形管或锥形管，其各端部是与管中部等径或缩径或扩径的异形管；根据工程工况的需要，整体管路沿轴线可以是直管也可以是弯管。特别是，进气管的上端口插入整流罩的下端口后，两者一起配合防止水平或切向来风进入排气通道内，从而阻止气流倒灌。当来风流过整流罩的下端口出气口处以下的进气管外壁时，在进气管两侧的一定范围内还会产生负压区域，进一步提高排气效率。（3）防护盖，防护盖可防止雨雪、鸟类、杂物等进入进气管内。（4）支撑体，所述支撑体是指若干均布与靠近整流罩内壁下部与进气管外壁之间的支撑杆或支撑板。当支撑体截面为翼型并设置一定安装角度时，可同时具有导叶的作用。（5）电动机，电动机安装在防护罩外的顶部有利于电机散热。（6）叶轮，所述叶轮的轮毂位于在防护盖内的下部，所述叶轮的叶片是沿着轮毂平面向下弯曲一角度并位于进气管上部与整流罩之间的排气通道内及支撑体的上部，不同于现有轴流风机、离心风机和斜流风机的叶片结构和安装方式。该叶轮的叶片的弯曲方向和安装位置可抽吸进气管内气体，直接向出气口排出，可大大减少气流的滞止和涡流的产生，减小气流的动能损失，提高排气效率。

该装置的工作过程是：当外部有任意方向的来风吹向该装置，经整流罩导流后，来风流过整流罩的下端口时，在进气管的外壁与整流罩的下端口之间的出气口处产生负压和抽吸作用；室内的气体经进气管的进气口进入进气管内，再经进气管的上端口、整流罩与防护盖和进气管之间的排气通道，最终从整流罩的下端口排到外空间；当外部无风，室内有热空气时，热空气会产生浮力，使气体通过进气管上升并经排气通道排到外空间，浮力大小遵循气体方程的压力、温度等要素关系。当外来风速较小时或室内外温差较小时或排气装置内外温差较小时启动电动风机排气。尽管外部风速较大，室内外温差较大，也可启动电动风机，进一步加大排气量。

上述的一种混合动力排气装置，可供选择的技术方案是，在所述电动机的电源线上连接有基于风速或压力或压差设定值的延时控制开关；对于采用所述风速或压力设定值延时控制开关的风速传感器头或压力传感器头安装在气流通道内或安装在外部空间；对于采用所述延时控制开关的压差传感器的高压传感头安装在室内，低压传感头安装在气流通道内或所述延时控制开关的压差传感器的高压传感头安装在进气管外的某一空间位置，低压传感头安装在进气管内；即，根据工况情况，压差传感器的高压传感头要安装在高压空间内，压差传感器的低压传感头要安装在低压空间内。

上述的一种混合动力排气装置，可供选择的技术方案是，在所述进气管内安装有防火阀。防火阀应按照国家规定标准设定关闭温度阈值。

上述的一种混合动力排气装置，可供选择的技术方案是，在所述进气管内安装有流量调节开关阀。流量调节开关阀可以是手动，也可以是基于空气质量参数的自动控制阀。

上述的一种混合动力排气装置，可供选择的技术方案是，在所述进气管内或出气口上安装有防护网。防护网可防止杂物、虫类的进入。

上述的一种混合动力排气装置，可供选择的技术方案是，所述电动机是防水电动机或在所述电动机外表面加装防水罩。

上述的一种混合动力排气装置，可供选择的技术方案是，在所述电动机的电源线路上连接有循环定时开关。该技术方案中的电动机的电源线路上连接有循环定时开关可根据需要设定混合动力排气装置的电动机的自动开机、关机时间，而且每天可自动循环开关机，节约运行费用，减小休息时间的噪音。

有益效果：上述发明的混合动力排气装置，既能利用自然风力和室内热压排气，又能使用电动风机排气，且效率更高、结构更简单、电机运行可靠性更高且占用空间小，不倒灌风，抗风能力强，节能效果明显。

附图说明

图1为本发明的一种混合动力排气装置的基本结构原理图。

图2为本发明的一种混合动力排气装置的四叶片叶轮基本结构图。

图3为本发明的一种基于风速控制的混合动力排气装置的原理框架图。

图4为本发明的一种于基压差控制的混合动力排气装置的原理框架图。

图中：1-进气管，2-防护盖，3-支撑体，4-整流罩，5-电动机，6-叶轮，6.1-轮毂，6.2-叶片，7-风速延时控制开关，8-风速传感头，9-无限循环定时开关，10-交流电源，11-继电器，12-压差延时控制开关，12.1-高压传感头，12.2-低压传感头。

图中：带箭头的实线代表外部来流流线；带箭头的双点划线代表室内气体流线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明，以下实施例旨在说明本发明，而不是对本发明的进一步限定。

实施例1：

如附图1、附图2所示的一种混合动力排气装置及其四叶片叶轮，包括：进气管1、防护盖2、电动机5、叶轮6、支撑体3，所述进气管1是一具有上端口和下端口的直径160mm的通气管体，所述防护盖2是直径338mm的一盖体，叶轮6由4个叶片6.2和轮毂6.1组成，在所述进气管1与所述防护盖2之间装有整流罩4，所述整流罩4是一具有上端口直径330mm、下端口直径235mm和高155mm的流线形曲面壳体，所述防护盖2位于整流罩4的上端口上；进气管1的上端口置于整流罩4的下端口内，进气管1与整流罩4之间通过支撑体3连接；进气管1内及进气管1与整流罩4、防护盖2之间的空间形成气流通道，进气管1的下端口为进气口，进气管1的外壁与整流罩4的下端口之间的空间为出气口；所述电动机5输出功率12瓦，安装在防护盖2外的顶部，所述叶轮6的轮毂6.1位于在防护盖2内的下部，所述叶轮6的叶片6.2的平面是与轮毂6.1平面之间的夹角65°（叶片向着出气口方向）并位于进气管1上部与整流罩4之间的气流通道内及支撑体3的上部，叶尖是流线形，所述叶轮6的轴向截面形状与进气管1上部与整流罩4之间的气流通道的轴向截面形状相吻合，所述电动机5的转轴穿过防护盖2与所述叶轮6的轮毂6.1固定连接。所述电动机5与叶轮6一起构成电动风机。

该装置的工作过程是：当外部有任意方向的较大来风（图1中带箭头的实线）吹向该装置，其中一部分来风流经整流罩4并被导流，来风流过整流罩4的下端口时，在进气管1的外壁与整流罩4的下端口之间的出气口处产生负压和抽吸作用；室内的气体（图1中带箭头的双点划线）经进气管1的进气口进入进气管1内，再经进气管1的上端口、整流罩4与防护盖2和进气管1之间的排气通道，最终从整流罩4的下端口排到外空间；当外部无风，室内有热空气时，热空气会产生浮力，使污浊气体通过进气管1上升并经排气通道排到外空间，浮力大小遵循气体方程的压力、温度等要素关系。当外来风速较小时或室内外温差较小时或排气装置内外温差较小时，启动电动机5，叶轮6在电动机5的带动下向出气口排气。在需要较大排气量时，尽管外部风速较大，室内外温差较大，也可启动电动机5，进一步加大排气量。

实施例2：如图3中所示的一种基于风速控制的用于厨房排烟的混合动力排气装置。包括：进气管1、防护盖2、电动机5、叶轮6、支撑体3，整流罩4，佛山万马电子科技有限公司生产的风速延时控制开关7及其风速传感头8，乐清市森谷电子厂生产的无限循环定时开关9，交流电源10。无限循环定时开关9设置成早晨4~7点，中午11~13点，晚上16~18点做饭时间开机，其它时间停机。风速延时控制开关7设置成进气管内风速小于3m/s时开关闭合，电动机5启动开机。风速在3m/s~3.5m/s之间时开关7延时5分钟后断开停机，风速大于3.5m/s时断开停机。该实施例的特点是在不做饭时和外来风速较高时，电动机5及叶轮6不工作，节省电力。在风速波动时，风速延时控制开关7可延时开机，防止电机频繁启动，烧毁电机。

实施例3：如图4中所示的一种基于压差控制的用于卫厨排气的混合动力排气装置。包括：进气管1、防护盖2、电动机5、叶轮6、支撑体3，整流罩4，佛山市顺德区玖美电器有限公司生产的微压差控制开关12及其高压传感头12.1、低压传感头12.2，延时继电器11，220V交流电源10。微压差控制开关12设置成进气管1的外部相对于内部的压差大于-2Pa时开关闭合开机，压差小于-15Pa时断开停机。延时继电器11设置成延时时间不小于5分钟。该实施例的特点是始终保持进气管1内处于负压状态；当压差在某一设定值波动时，延时继电器11可延时接通电动机5，防止电动机5频繁启动烧毁。

尽管已经结合优选实施方式描述了本发明的一种混合动力排气装置，但是本发明不限于本文所述的具体形式，相反，其目的在于覆盖理所当然会落入所述权利要求书限定的本发明范围内的各种替代方式、改型、各种特征要素的再组合而衍生的新组合和等同体。

Claims (10)

1.一种混合动力排气装置，包括：进气管、防护盖、电动机、叶轮、支撑体，所述进气管是一具有上端口和下端口的通气管体，所述防护盖是一盖体，所述叶轮由叶片和轮毂组成，在所述进气管与所述防护盖之间装有整流罩，所述整流罩是一具有上端口和下端口且上端口直径大于下端口直径的流线形曲面壳体，所述防护盖位于整流罩的上端口上；所述进气管的上端口外缘尺寸小于整流罩的下端口内缘尺寸，进气管的上端口置于整流罩的下端口内，进气管与整流罩之间通过支撑体连接；进气管内及进气管与整流罩、防护盖之间的空间形成气流通道，进气管的下端口为进气口，进气管的外壁与整流罩的下端口之间的空间为出气口；其特征在于：所述电动机安装在防护盖外的顶部，所述叶轮的轮毂位于防护盖内的下部，所述叶轮的叶片平面与轮毂的平面之间的夹角是在5°至85°之间，叶片的叶尖向着出气口方向，并位于进气管上部与整流罩之间的气流通道内及支撑体的上部，所述叶轮的轴向纵切面形状与进气管上部与整流罩之间的气流通道的轴向纵切面形状相吻合，所述电动机的转轴穿过防护盖与所述叶轮的轮毂固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种混合动力排气装置，其特征在于：在所述电动机的电源线上连接有基于风速或压力或压差设定值的延时控制开关；对于采用所述风速或压力设定值延时控制开关的风速传感器或压力传感器安装在气流通道内或安装在外部空间；对于采用所述延时控制开关的压差传感器的高压传感头安装在室内，低压传感头安装在气流通道内或所述延时控制开关的压差传感器的高压传感头安装在进气管外的某一空间位置，低压传感头安装在进气管内。

3.根据权利要求1或2所述的一种混合动力排气装置，其特征在于：在所述进气管内安装有防火阀。

4.根据权利要求1或2所述的一种混合动力排气装置，其特征在于：在所述进气管内安装有流量调节开关阀。

5.根据权利要求1或2所述的一种混合动力排气装置，其特征在于：在所述进气管内或出气口上安装有防护网。

6.根据权利要求3所述的一种混合动力排气装置，其特征在于：在所述进气管内或出气口上安装有防护网。

7.根据权利要求3所述的一种混合动力排气装置，其特征在于：在所述进气管内安装有流量调节开关阀。

8.根据权利要求6所述的一种混合动力排气装置，其特征在于：在所述进气管内安装有流量调节开关阀。

9.根据权利要求1或2所述的一种混合动力排气装置，其特征在于：所述电动机是防水电动机或在所述电动机外表面加装防水罩。

10.根据权利要求8所述的一种混合动力排气装置，其特征在于：在所述电动机的电源线路上连接有循环定时开关。