CN117231537B - 一种双向轴流通风装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于通风设备技术领域，具体公开了一种双向轴流通风装置，包括第一风道，第一风道内设置有第一叶轮，还包括第二风道，第二风道内设置有第二叶轮；差速器，差速器的输入端与动力装置连接，两个输出端分别与第一叶轮和第二叶轮传动连接；第一叶轮和第二叶轮其中之一向场所内鼓风，另一个将场所内的空气排到外界；还包括蓄能器，蓄能器能够周期性吸收和释放能量；蓄能器与差速器的一个输出端传动连接。本发明通过设置差速器连接第一叶轮和第二叶轮，自动调节第一叶轮和第二叶轮的转速，始终维持场所内的气压稳定在一定范围内，并且通风能耗维持在低能耗状态。并且，本发明通过设置蓄能器，实现了场所内气压的无极调节。

Description

一种双向轴流通风装置

技术领域

本发明属于通风设备技术领域，特别涉及一种双向轴流通风装置。

背景技术

在电储能系统中，常常需要将储能电池以及其他电气设备放置在集装箱或室内，并为其提供通风散热，以确保设备稳定、安全运行。轴流风机是最常用的通风设备，轴流风机具有较高的风量能力，能够产生大量的气流，这使得轴流风机广泛应用于需要大规模空气循环和通风的场所，如集装箱、建筑物、工厂和酒店等。

风机输送空气的方向不同，可以在场所内形成微正压或微负压，不同场所、不同时间段可能需要不同的气压条件。以电储能集装箱为例，在放置储能电池的情况下，通过微正压可以减少储能电池内部发生微量气体泄漏，防止外部污染物、灰尘或湿气进入。另一方面，在某些情况下，微负压可能需要用于控制和排放储能设备可能产生的气体或挥发性排放物。然而，维持微正压或者微负压都会使得通风风机克服的阻力增大，在通风量一定的情况下，能耗会显著提高。同一场所在不同阶段需要的正压或负压的强弱不同，例如储能电池集装箱在常规运行中通常只需要维持很小的微正压或者常压，对应的能耗也相对较小，而在高湿度、风沙等天气条件下则需要提高正压的强度来阻止湿气和粉尘进入，这就需要通风风机能够灵活调整场所内的气压环境。

现有的通风风机往往通过改变转向控制场所内产生微正压或微负压的环境，而调节气压则只能通过调整转速来改变送风量。但送风量发生变化意味着通风散热的效果发生变化，可能会导致通风散热效果达不到要求。而如果采用两台通风风机分别负责鼓风和排风，则需要两台风机都是变频风机，并且需要实时监测场所内部的气压情况，实时调节两台风机的转速，设备和控制系统的成本较高。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种双向轴流通风装置，其可以通过设置差速器连接第一叶轮和第二叶轮，自动调节第一叶轮和第二叶轮的转速，始终维持场所内的气压稳定在一定范围内，并且通风能耗维持在低能耗状态。并且，本发明通过设置蓄能器，实现了场所内气压的无极调节。

为了实现上述目的，本发明提供一种双向轴流通风装置，包括第一风道，第一风道内设置有第一叶轮，还包括第二风道，第二风道内设置有第二叶轮；差速器，差速器的输入端与动力装置连接，两个输出端分别与第一叶轮和第二叶轮传动连接；第一叶轮和第二叶轮其中之一向场所内鼓风，另一个将场所内的空气排到外界；还包括蓄能器，蓄能器能够周期性吸收和释放能量；蓄能器与差速器的一个输出端传动连接。

进一步，第一风道和第一叶轮组成第一轴流风机，第二风道和第二叶轮组成第二轴流风机；第一轴流风机和第二轴流风机的轴线互相平行，送风方向相反；差速器的两个输出端轴线共线且垂直于第一轴流风机和第二轴流风机的轴线，差速器的两个输出端分别通过两个轴线互相垂直的锥齿轮与第一轴流风机和第二轴流风机啮合传动连接。

进一步，包括内筒和外筒，内筒和外筒均为两端开放的圆筒，内筒同轴设置于外筒内侧，内筒内为第一风道，内筒和外筒之间为第二风道，第二叶轮为环状叶轮，第一叶轮、第二叶轮、内筒、外筒四者同轴。

进一步，还包括行星齿轮组，行星齿轮组包括中心轮、多个行星轮、行星架、外齿圈；中心轮、外齿圈、行星架与内筒同轴，中心轮与动力装置连接，行星架的输出端与第一叶轮连接，外齿圈与第二叶轮连接。

进一步，蓄能器包括气缸、连杆和曲轴，气缸内密封滑动设置有第一活塞，第一活塞通过连杆与曲轴的输出端连接，曲轴的输入端与差速器的一个输出端传动连接；气缸靠近第一活塞的一端为开放结构，另一端为封闭结构。

进一步，蓄能器还包括第二活塞，第一活塞和第二活塞之间封存有气体。

进一步，第二活塞远离第一活塞的一侧固定有活动杆，活动杆向外延伸并贯穿气缸的封闭端，活动杆与气缸螺纹连接。

进一步，第二活塞与气缸之间设置有弹性部件，弹性部件趋于使得第二活塞远离气缸的封闭端；第二活塞和气缸的封闭端之间于气缸上开设有第一通气口，第一通气口连接外接充排气设备。

进一步，第一活塞与气缸封闭端之间设置有隔板，隔板上安装有气阀，气阀连通隔板两侧的空间并且能够调整开度；气缸侧面开设有第二通气口，第二通气口位于第一活塞的行程内，并且靠近第一活塞距离隔板最远时的位置；第二通气口与外界连通。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过设置差速器连接第一叶轮和第二叶轮，自动调节第一叶轮和第二叶轮的转速，始终维持场所内的气压稳定在一定范围内，并且通风能耗维持在低能耗状态。

2、本发明实施例三除了具备自动调速功能，根据行星齿轮组的传动原理，第一叶轮和第二叶轮的转向相反，从而可以平衡双向轴流通风装置整体的径向力，缓解传统的轴流风机由于单一转向在工作过程中存在径向力不平衡的问题，避免产生不必要的机械振动和噪音，降低机械连接松动的概率，提高设备的稳定性，优化能耗。

3、本发明通过设置蓄能器控制场所内的气压时，一个风机转速下降，另一个风机转速上升，总通风量没有明显的差别，不影响通风散热效果，并且不需要两台风机都是变频风机，只需要一台普通的电机即可实现气压的无极调节。

附图说明

图1为本发明实施例一和实施例二双向轴流通风装置的立体图；

图2为本发明实施例二双向轴流通风装置的立体拆解图；

图3为本发明实施例三双向轴流通风装置的立体图；

图4为本发明实施例三双向轴流通风装置的又一立体图；

图5为本发明实施例三双向轴流通风装置的立体拆解图；

图6为本发明实施例三双向轴流通风装置的又一立体拆解图；

图7为本发明实施例四蓄能器的示意图；

图8为本发明实施例四蓄能器的又一示意图；

图9为本发明实施例四蓄能器的内部结构图；

图10为本发明实施例五蓄能器的内部结构图。

图中：100-第一轴流风机、110-第一风道、120-第一叶轮、200-第二轴流风机、210-第二风道、220-第二叶轮、300-差速器、400-锥齿轮、510-内筒、520-外筒、530-行星齿轮组、531-中心轮、532-行星轮、533-行星架、534-外齿圈、600-蓄能器、610-气缸、620-第一活塞、630-第二活塞、631-活动杆、632-弹性部件、640-连杆、650-曲轴、660-第一通气口、670-隔板、680-气阀、690-第二通气口。

具体实施方式

在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

参照图1，本实施例公开了一种双向轴流通风装置，包括第一风道110，第一风道110内设置有第一叶轮120，还包括第二风道210，第二风道210内设置有第二叶轮220；差速器300，差速器300的输入端与动力装置连接，两个输出端分别与第一叶轮120和第二叶轮220传动连接。第一叶轮120和第二叶轮220其中之一向场所内鼓风，另一个将场所内的空气排到外界，两个叶轮共同为通风散热提供动力。

差速器300是汽车领域成熟的技术，其遵循“最小能耗原理”，也就是地球上所有物体都倾向于耗能最小的状态。例如把一粒豆子放进一个碗内，豆子会自动停留在碗底而绝不会停留在碗壁，因为碗底是能量最低的位置（位能），它自动选择静止（动能最小）而不会不断运动。同样的道理，汽车在转弯时由于左右两侧的车轮受到的摩擦力不同，会自动趋向能耗最低的状态，自动地按照转弯半径调整左右轮的转速。将差速器300运用到通风散热领域，差速器300的两个输出端分别连接第一叶轮120和第二叶轮220，在没有外力干预的情况下，第一叶轮120和第二叶轮220的转速也会自动按照“最小能耗原理”自我调节。具体而言，以第一叶轮120用于鼓风，第二叶轮220用于排风为例，在第一叶轮120和第二叶轮220的形状、尺寸及重量相同的情况下，当场所内的气压处于微正压状态时，第一叶轮120受到的阻力增大，维持相同转速需要的能耗上升，而第二叶轮220受到的阻力减小，维持相同转速需要的能耗下降，根据“最小能耗原理”，第一叶轮120的转速就会下降，而第二叶轮220的转速就会提高，从而减缓鼓风，加快排风，使得场所内外的气压趋于平衡，同时产生相同通风量需要的能耗也下降。进一步，如果在设计时让第一风道110、第一叶轮120与第二风道210、第二叶轮220有所区别，例如风道的流通面积、长度、形状走向以及叶轮的形状等，就可以让鼓风和排风的流畅度产生差别，进而使场所内产生微正压或者微负压。

因此，采用本实施例的技术方案，可以自动调节第一叶轮120和第二叶轮220的转速，始终维持场所内的气压稳定在一定范围内，并且通风能耗维持在低能耗状态。

实施例二

本实施例对实施例一中的技术方案进行具体的设计。

参照图1和图2，在本事实例中，第一风道110和第一叶轮120组成第一轴流风机100，第二风道210和第二叶轮220组成第二轴流风机200，第一轴流风机100和第二轴流风机200都可以使用现成的常规轴流风机。第一轴流风机100和第二轴流风机200的轴线互相平行，送风方向相反。差速器300的两个输出端轴线共线且垂直于第一轴流风机100和第二轴流风机200的轴线，差速器300的两个输出端分别通过两个轴线互相垂直的锥齿轮400与第一轴流风机100和第二轴流风机200啮合传动连接。

本实施例的目的是提供一种简单可行的、节约成本的实施本发明的方式。

实施例三

本实施例在实施例一的基础上进行进一步设计，与实施例二的区别在于，本实施例是一种全新的装置，实施成本较高，但具备更多的有益效果。

参照图3至图6，本实施例包括内筒510和外筒520，内筒510和外筒520均为两端开放的圆筒，内筒510同轴设置于外筒520内侧，内筒510内为第一风道110，内筒510和外筒520之间为第二风道210，第二叶轮220为环状叶轮，第一叶轮120、第二叶轮220、内筒510、外筒520四者同轴分布。进一步，还包括行星齿轮组530，行星齿轮组530为差速器300领域中的一种经典传动结构，其本质也是差速器300，原理不做赘述，包括中心轮531、多个行星轮532、行星架533、外齿圈534。中心轮531、外齿圈534、行星架533与内筒510同轴，中心轮531与动力装置连接，行星架533的输出端与第一叶轮120连接，外齿圈534与第二叶轮220连接。

除了具备自动调速功能，在本实施例中，根据行星齿轮组530的传动原理，第一叶轮120和第二叶轮220的转向相反，从而可以平衡双向轴流通风装置整体的径向力，缓解传统的轴流风机由于单一转向在工作过程中存在径向力不平衡的问题，避免产生不必要的机械振动和噪音，降低机械连接松动的概率，提高设备的稳定性，优化能耗。

本实施例应用于场所通风散热的场景通常分为以下两种：一种是直接安装于场所的墙壁上，双向轴流通风装置的两侧均不设置通风管道；另一种是要配合通风管道将空气输送到指定位置，并将指定位置的空气抽走。如果是第一种应用场景，本实施例由于第一风道110和第二风道210相距较近，可能存在相互影响的问题，可以设置内筒510的两端延伸至外筒520的外侧，进一步还可以将内筒510的两端设计为为喇叭口形状，从而减少第一风道110和第二风道210之间流场的相互影响。如果是第二种情况，则将本实施例安装于通风管道的中部位置，通过通风管道隔绝影响。

实施例四

本实施例在实施例一、二、三的基础上做进一步设计，目的是实现场所内气压可调的功能。

参照图7至图9，在本实施例中，还包括蓄能器600，蓄能器600能够周期性吸收和释放能量。蓄能器600与差速器300的一个输出端传动连接。在实施例二中，差速器300的输出端即两个连接轴流风机的输出端，在实施例三中，差速器300的两个输出端即行星架533的输出轴和外齿圈534。

具体而言，蓄能器600包括气缸610，气缸610内密封滑动设置有第一活塞620和第二活塞630，第一活塞620和第二活塞630之间封存有气体。第一活塞620通过连杆640与曲轴650的输出端连接，曲轴650的输入端与差速器300的一个输出端传动连接。气缸610靠近第一活塞620的一端为开放结构，靠近第二活塞630的一端为封闭结构。第二活塞630的位置应当是可调的，本实施例提供了两种可调节的技术方案：

方案一：第二活塞630远离第一活塞620的一侧固定有活动杆631，活动杆631向外延伸并贯穿气缸610的封闭端。通过人工调整活动杆631来调整第二活塞630的位置，例如可以使得活动杆631与气缸610螺纹连接，通过旋转活动杆631调整第二活塞630的位置。

方案二：第二活塞630与气缸610之间设置有弹性部件632，弹性部件632趋于使得第二活塞630远离气缸610的封闭端。第二活塞630和气缸610的封闭端之间于气缸610上开设有第一通气口660，第一通气口660连接外接充排气设备。通过第一通气口660调节第二活塞630与气缸610封闭端之间的气体体积来调整第二活塞630的位置。

本领域技术人员应当知晓，差速器300共有三个端口，分别对应一个输入端和两个输出端，输入端和输出端可以互换，即当任意一个端口有动力输入时，另外两个端口就能够接受到动力输出，并且具备差速效果。在本实施例中，通过设置蓄能器600与差速器300的一个输出端连接，差速器300在转动时带动曲轴650旋转，曲轴650通过连杆640带动第一活塞620往复运动，从而使得第一活塞620和第二活塞630之间密封的气体周期性压缩和扩张，压缩时吸收能量，扩张时通过第一活塞620、连杆640、曲轴650将能量反馈回差速器300的输出端。设定蓄能器600连接的差速器300输出端为主动调节端，另一端为被动调节端，则在压缩阶段，由于主动调节端需要压缩气体做功，所以差速器300将更多的能量传递给被动调节端；在扩张阶段，蓄能器600对主动调节端做功，部分能量直接作用于该端连接的叶轮，同时，在考虑蓄能器600释放能量时，主动调节端作为动力输出端，将动力传递给差速器300的输出端和被动调节端。可见，不论是在压缩阶段还是扩张阶段，被动调节端都获得了额外的能量分配，只有在被动调节端施加额外的阻力，才能够使得差速器300重新达到平衡，这就意味着被动调节端驱动的叶轮可以克服更多的空气阻力，从而打破鼓风和排风的平衡，在场所内产生微正压或者微负压的效果。进一步，调节第二活塞630的位置，可以调节第一活塞620第二活塞630之间的空间，进而调节空气的压缩比，调节吸收和释放的能量多少，进而调节蓄能器600对差速器300两个输出端能量分配的影响，进而调节场所内的气压。

采用本实施例的技术方案控制场所内的气压，一个风机转速下降，另一个风机转速上升，总通风量没有明显的差别，不影响通风散热效果，并且不需要两台风机都是变频风机，只需要一台普通的电机即可实现气压的无极调节。

作为本实施例进一步的方案：如果需要同时实现微正压和微负压的无极调节，则需要在差速器300的两个输出端均传动连接蓄能器。

实施例五

本实施例提供了一种与实施例四不同的蓄能器600。在实施例四中，蓄能器600的第一活塞620和第二活塞630都难免出现漏气，导致内部封存的气体体积发生变化，进而导致蓄能器600对双向轴流通风装置的影响发生变化，通常需要设置补气口定期进行补气。

参照图10，在本实施例中，蓄能器600包括气缸610，气缸610一端封闭一端开放，气缸610内密封滑动设置有第一活塞620，第一活塞620通过连杆640与曲轴650的输出端连接，曲轴650的输入端与差速器300的一个输出端传动连接。第一活塞620与气缸610封闭端之间设置隔板670，隔板670上安装有气阀680，气阀680连通隔板670两侧的空间并且能够调整开度。气缸610侧面开设有第二通气口690，第二通气口690位于第一活塞620的行程内，并且靠近第一活塞620距离隔板670最远时的位置。第二通气口690与外界连通。

第一活塞620与隔板670之间的空间为外空间，隔板670与气缸610封闭端之间的空间为内空间。第一活塞620压缩外空间的空气时，部分外空间内的空气通过气阀680进入内空间并压缩内空间的空气，气阀680的开度不同，进入内空间的空气的质量不同，外空间空气的压缩比则不同，从而可以通过调节气阀680的开度调节蓄能器600吸收和释放的能量多少，进而调节蓄能器600对差速器300两个输出端能量分配的影响，进而调节场所内的气压。在第一活塞620每次运行到距离隔板670最远的位置时，通过第二通气口690补充气缸610内的空气，使得每次压缩的空气量相同。本实施例对蓄能器600的密封要求不高，并且不需要准备额外的气源用于控制蓄能器600的蓄能能力。

以上仅对本发明的较佳实施例进行了详细叙述，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双向轴流通风装置，包括第一风道（110），所述第一风道（110）内设置有第一叶轮（120），其特征在于：还包括第二风道（210），所述第二风道（210）内设置有第二叶轮（220）；差速器（300），所述差速器（300）的输入端与动力装置连接，两个输出端分别与所述第一叶轮（120）和所述第二叶轮（220）传动连接；所述第一叶轮（120）和所述第二叶轮（220）其中之一向场所内鼓风，另一个将场所内的空气排到外界；还包括蓄能器（600），所述蓄能器（600）能够周期性吸收和释放能量；所述蓄能器（600）与所述差速器（300）的一个输出端传动连接。

2.根据权利要求1所述的双向轴流通风装置，其特征在于：所述第一风道（110）和所述第一叶轮（120）组成第一轴流风机（100），所述第二风道（210）和所述第二叶轮（220）组成第二轴流风机（200）；所述第一轴流风机（100）和所述第二轴流风机（200）的轴线互相平行，送风方向相反；所述差速器（300）的两个输出端轴线共线且垂直于所述第一轴流风机（100）和所述第二轴流风机（200）的轴线，所述差速器（300）的两个输出端分别通过两个轴线互相垂直的锥齿轮（400）与所述第一轴流风机（100）和所述第二轴流风机（200）啮合传动连接。

3.根据权利要求1所述的双向轴流通风装置，其特征在于：包括内筒（510）和外筒（520），所述内筒（510）和所述外筒（520）均为两端开放的圆筒，所述内筒（510）同轴设置于所述外筒（520）内侧，所述内筒（510）内为所述第一风道（110），所述内筒（510）和所述外筒（520）之间为所述第二风道（210），所述第二叶轮（220）为环状叶轮，所述第一叶轮（120）、所述第二叶轮（220）、所述内筒（510）、所述外筒（520）四者同轴。

4.根据权利要求3所述的双向轴流通风装置，其特征在于：还包括行星齿轮组（530），所述行星齿轮组（530）包括中心轮（531）、多个行星轮（532）、行星架（533）、外齿圈（534）；所述中心轮（531）、所述外齿圈（534）、所述行星架（533）与所述内筒（510）同轴，所述中心轮（531）与所述动力装置连接，所述行星架（533）的输出端与所述第一叶轮（120）连接，所述外齿圈（534）与所述第二叶轮（220）连接。

5.根据权利要求1所述的双向轴流通风装置，其特征在于：所述蓄能器（600）包括气缸（610）、连杆（640）和曲轴（650），所述气缸（610）内密封滑动设置有第一活塞（620），所述第一活塞（620）通过所述连杆（640）与所述曲轴（650）的输出端连接，所述曲轴（650）的输入端与所述差速器（300）的一个输出端传动连接；所述气缸（610）靠近所述第一活塞（620）的一端为开放结构，另一端为封闭结构。

6.根据权利要求5所述的双向轴流通风装置，其特征在于：所述蓄能器（600）还包括第二活塞（630），所述第一活塞（620）和所述第二活塞（630）之间封存有气体。

7.根据权利要求6所述的双向轴流通风装置，其特征在于：所述第二活塞（630）远离所述第一活塞（620）的一侧固定有活动杆（631），所述活动杆（631）向外延伸并贯穿所述气缸（610）的封闭端，所述活动杆（631）与所述气缸（610）螺纹连接。

8.根据权利要求6所述的双向轴流通风装置，其特征在于：所述第二活塞（630）与所述气缸（610）之间设置有弹性部件（632），所述弹性部件（632）趋于使得所述第二活塞（630）远离所述气缸（610）的封闭端；所述第二活塞（630）和所述气缸（610）的封闭端之间于所述气缸（610）上开设有第一通气口（660），所述第一通气口（660）连接外接充排气设备。

9.根据权利要求5所述的双向轴流通风装置，其特征在于：所述第一活塞（620）与所述气缸（610）封闭端之间设置有隔板（670），所述隔板（670）上安装有气阀（680），所述气阀（680）连通所述隔板（670）两侧的空间并且能够调整开度；所述气缸（610）侧面开设有第二通气口（690），所述第二通气口（690）位于所述第一活塞（620）的行程内，并且靠近所述第一活塞（620）距离所述隔板（670）最远时的位置；所述第二通气口（690）与外界连通。