CN201771809U - 气动电风扇 - Google Patents

Abstract

气动电风扇，包括圆柱形的进气筒、空气压气机和空气引射放大器，进气筒一端封闭，在封闭端的筒壁上设有进气孔，空气压气机设置在进气筒内另一端，且与进气筒的内壁密封连接，空气压气机的空气入口面向进气筒的封闭端，进气筒的另一端延伸连接一环形连接座，空气引射放大器的压缩空气进口连接有环形进气口，所述环形连接座和环形进气口之间为球形铰链式连接。本实用新型以少量压缩空气作为动力源，带动室内环境中的空气流动，形成空气大循环，空气流动均匀连续，使人感觉更为舒适；本实用新型的流量可达到输入的压缩空气量的20倍量纲级，高效、节能；没有隔离罩或笼罩，使用更加安全可靠，克服了传统电风扇的诸多缺点。

Description

气动电风扇

技术领域

本实用新型属于空气动力学技术领域，采用空气引射放大器，以少量压缩空气作为动力源，带动房间、办公室或其它室内环境中的空气流动，为一种气动电风扇。 

背景技术

众所周知，日常所使用的室内电风扇大都包括一套绕轴线旋转的叶片或翼，近来也有采用旋转滚筒的，以及绕轴线安装使整套叶片（旋转滚筒）旋转的电机装置。它们无一例外地通过电扇的叶片或旋转滚筒来驱动空气，提供朝向使用者的向前的空气流。连续的空气运动或循环让使用者在热量通过强迫对流和蒸发被带走时能感受到凉爽效果。这种电风扇已为广大消费者所青睐，几乎成为每个家庭甚至每个人，度过炎炎夏日必备的家用电器。但是，随着时代的发展、科技的进步，人们对产品的质量、高效节能、性价比等诸多方面提出了更高要求。因此，传统电风扇所特有的缺陷亦凸现出来，归纳有以下几点：

1）、传统电扇扇叶的转动，将电能转换成机械能，使空气提高流动速度，而无法获得更进一步放大，这种风扇的效率较低，仅能达到60%左右；

2）、传统电扇的旋转叶片产生的空气流的向前流动会让使用者感到不均匀。这是由于通过叶片表面或风扇外端表面的变化产生的。不均匀或“波浪式”的气流会让人感到一连串的脉冲气流或阵风，并且会产生噪音；

3）、传统电扇产生的凉爽效果随着与使用者距离的增大而减弱，这就意味着风扇必须越靠近使用者放置，才能让使用者得到更强的气流流动；

4）、在室内环境中，由于空间限制，有必要使设备尽可能小巧紧凑，并且出于安全考虑，不期望部件从设备中凸出或让使用者触碰到风扇的任何运动部件，例如叶片。因此传统电扇必须具有安全装置，例如环绕叶片的隔离罩或笼罩，以防使用者被风扇的运动部件伤害。然而，被隔离的叶片部件及隔离罩本身很难清理；

5）、放在桌子上的风扇不仅减小了使用者的工作空间，而且也遮挡了射向桌子的自然光或灯光。使人们长时间工作在光线较弱及恍惚的环境下容易造成眼睛疲劳等相关健康问题。

发明内容

本实用新型要解决的问题是：现有风扇由于其采用的产生气流的方式和机械结构，存在效率不高、气流不均匀、体积大、有噪音、难清理等问题。

本实用新型的技术方案为：气动电风扇，包括圆柱形的进气筒、空气压气机和空气引射放大器，进气筒一端封闭，在封闭端的筒壁上设有进气孔，空气压气机设置在进气筒内另一端，且与进气筒的内壁密封连接，空气压气机的空气入口面向进气筒的封闭端，进气筒的另一端延伸连接一环形连接座，空气引射放大器的压缩空气进口连接有环形进气口，所述环形连接座和环形进气口连接，且两者之间的连接为球形铰链式连接。

本实用新型空气压气机为非对称斜流式空气压气机，包括转子叶轮、电机、压气机壳体和定子叶轮，转子叶轮与电机相连并通过电机支架与压气机壳体固定，转子叶轮位于压气机壳体入口，压气机壳体出口与定子叶轮相连，转子叶轮设有9片同样的叶片，所述叶片在转子叶轮的圆周上为非对称分布，从转子叶轮的气流入口方向看，相邻叶片之间的夹角顺时针依次为：43°、48°、43°、30°、34°、48°、48°、36°、30°。

空气压气机的转子叶轮的气流出口处，每片叶片垂直于气流方向设有平行的两排小孔，所述两排小孔位于距叶片末尾5－10mm的范围内，两排小孔的排间距为5mm，靠近叶片末尾的一排小孔数量与前一排的小孔数量的比例为二比一，每排小孔沿各自所在排的方向在叶片上均匀分布，孔径1－2mm。

本实用新型空气引射放大器由内环和外环组成，内环的内部构成引射空气通路，一端为引射空气入口，一端为空气输出口，内环与外环嵌合连接，两者之间构成环形腔，其中内环在引射空气入口处与外环不闭合，构成环形缝隙，环形缝隙的缝隙宽度均匀，宽度范围为0.5~5.0mm，缝隙开口朝向引射空气通路，内环由环形缝隙处延伸至环内的内表面为柯恩达表面，外环上设有与环形腔连通的压缩空气进口。

空气引射放大器外环面向内环的一面在环形缝隙处，沿圆周均匀设有凸筋，所述凸筋为长条状，凸起高度与环形缝隙的缝隙宽度相同，凸筋宽度与高度相同，长条状凸筋与通过环形缝隙的气流同方向，沿外环圆周均匀设有36条长条状凸筋。

作为优选，空气引射放大器的内环内径范围为100mm-2200mm数量级，以适应更广泛的应用场合；内环与外环通过榫槽的榫头嵌合连接。

本实用新型旨在提供一种改进的风扇装置以克服现有技术中的缺陷，以少量压缩空气作为动力源，带动室内环境中的空气流动，形成空气大循环，由于空气流动均匀连续，使人感觉更为舒适；本实用新型气动电风扇的流量可达到输入的压缩空气量的20倍量纲级，从而达到高效、节能的目的；由于采用了叶轮隐形技术，即采用空气引射放大器输出气流，外观看起来“无扇叶”，省去了隔离罩或笼罩，使用将更加安全可靠。完全克服了传统电风扇的上述诸多缺点。

本实用新型的空气压气机与空气引射放大器之间采用球形铰链连接，以最少的连接部件即最简洁的工艺确保空气引射放大器可以以一定的角度自由旋转摆动。 同时，球形铰链连接部分所构成的半球状结构，对空气压气机的输出气流起到二次压缩及整流的功能，使空气引射放大器获得更高质量的压缩空气来源。

本实用新型的空气压气机采用非对称流场设计，即非对称转子分布的设计，对全流道系统进行流场计算及设计，得到本实用新型的特定的非对称转子叶轮。经过实验测试，与对称流场设计的斜流式压气机相比，本实用新型采用的结构能有效克服压气机在高速旋转时随机发生的喘振现象，由于转速提高，压比和效率也得到相应提高，并且在保证高压比的同时能确保高流量及高效率。另外，叶轮叶片尾部开有两排小孔，能消除叶尾处空气因附面层影响而产生分离，从而有效地预防了压气机喘振，确保压气机正常稳定工作。本实用新型的空气压气机能匹配高转速直流电机，能够在10000转/分钟数量级的转速下稳定工作，转速提高后，空气流量、增压比和效率等压气机性能相应也得到提高，压气机的稳定工作也就保证了高压比的同时确保高流量及高效率。

本实用新型进气筒的气流引入空气压气机产生压缩空气，再输入空气引射放大器，利用空气引射放大器自身引射和放大的特性，产生放大且连续均匀的气流，使人感到更加舒适、凉爽。本实用新型空气引射放大器结构极为简单，主要部件只有内环和外环两个部分，通过榫槽和榫头嵌合连接，装配十分方便；压缩空气由压缩空气进口进入环形腔内，此压缩气源在环形缝隙处节流，由此产生的高速薄空气层通过柯恩达表面吸附到内环内侧壁，从而产生90°的转向，通过内环。所述气流流过内环内侧壁的过程导致内环中心低压区域的产生，从而吸引大量的周围空气从引射空气入口涌入，这些“吸入”的空气受到附面层影响，速度增加，与供给的压缩空气一起穿过内环构成的引射空气通路；在本实用新型的空气引射放大器出口处，高速空气输出气流还会夹带入更多周围的空气。最终出口气量：吸入的空气+供给的压缩空气+夹带的空气，与压缩空气供气量的比率可达30-120：1数量级（标准状态下）。

本实用新型气动电风扇至少具有以下优点：

1、气动电风扇通过空气压气机产生压缩空气后，提供给空气引射放大器，空气流量将被放大20倍量纲级，压气机效率可达80%数量级，风扇的整体效率较传统风扇更加节能、高效及低碳化；

2、气动电风扇产生的空气流量可以从喷嘴排气口周围的区域以层流及准层流形式向前投射，形成连绵不断的空气流，让使用者体验优于叶片风扇带来的凉爽，连续，柔和之效果；

3、与传统风扇中的气流相比，气动电风扇更注重气动性能的设计。经过整流的线性低湍系数之气流有效的从空气引射放大器中喷出并投射，相对于传统风扇中的气流来说，达到湍流前将损失更少的动能及更少的速度。具有更加线性及低湍系数的流场分布，意味着使用者可以选择在距离工作区域或书桌较远处安置风扇，并且仍然可以感受到风扇带来的凉爽；

4、由于“无叶片”，气动电风扇省去了扇叶以及防护隔离罩，从而更加安全、易于清洁；同时，扩大了使用者的工作空间，避免了遮挡射向桌子的自然光（或灯光），解决了使用者长时间工作在较弱并且恍惚光线的环境下容易带来的眼睛疲劳以及相关健康问题；

5、由于采用了空气引射放大器与空气压气机之间的球形铰链式连接，使得空气引射放大器空气输出口可以方便地沿垂直面在40⁰范围内进行前俯或后仰调节角度，使气流吹向更为使人舒服的位置。有利的是，与传统电风扇或相类似的电扇相比，球形铰链式连接设计所需的部件更少，降低了生产成本和制造工艺复杂程度；并且球形铰链连接部分所构成的半球状结构，对空气压气机输出的压缩空气起到二次压缩及整流的功能，使空气引射放大器获得更好的压缩空气来源；

6、本实用新型的气动电风扇还可以方便的增加次要功能，包括风扇左右摆动、装饰照明、加香、驱除蚊蝇等。

附图说明

图1为本实用新型气动电风扇装置的结构展开示意图。

图2为本实用新型的结构示意图。

图3为本实用新型气动电风扇放大器前俯、后仰调节正视图。

图4为本实用新型空气压气机的结构示意图。

图5为本实用新型空气压气机的转子叶轮结构示意图。

图6为本实用新型空气压气机转子叶轮的剖面示意图。

图7为本实用新型空气引射放大器结构原理示意图。

图8为本实用新型空气引射放大器内环与外环连接的局部展开示意图。

图9为本实用新型空气引射放大器外环上的凸筋示意图。

具体实施方式

由图1和图2所示，本实用新型包括圆柱形的进气筒1、空气压气机2和空气引射放大器3，进气筒1一端封闭，在封闭端的筒壁上设有进气孔11，空气压气机2设置在进气筒1内另一端，且与进气筒1的内壁密封连接，空气压气机2的空气入口面向进气筒1的封闭端，进气筒1的另一端延伸连接一环形连接座4，空气引射放大器3的压缩空气进口34连接有环形进气口5，所述环形连接座4和环形进气口5连接，且两者之间的连接为球形铰链式连接。图3则展示了本实用新型的一个具体实施例，气动电风扇在采用球形连接方式后，空气引射放大器3绕垂直面前后调节的最大角为36°。

本实用新型空气压气机为非对称斜流式空气压气机，如图4所示，由非对称的转子叶轮21与电机22相连，转子叶轮21通过螺母紧固在电机22的轴上；所述电机和转子叶轮的组件再与电机支架23相连并由沉头螺钉紧定，电机支架23与压气机壳体24固定；电机支架23由螺钉与定子叶轮25固定，定子叶轮25卡在压气机壳体24的出口上并用螺钉固定，这就组成了本实用新型的空气压气机。

其中，如图5所示，转子叶轮21设有9片同样的叶片，所述叶片在转子叶轮21的圆周上为非对称分布，从转子叶轮21的气流入口方向看，相邻叶片之间的夹角顺时针依次为：43°、48°、43°、30°、34°、48°、48°、36°、30°。9片叶片沿周向呈非均匀非对称分布，正是它的不均匀结构在转子叶轮高速旋转时有效地抑制了空气压气机的喘振。

作为优选方式，转子叶轮21的气流出口处，每片叶片垂直于气流方向设有平行的两排小孔，如图6所示，所述两排小孔位于距叶片末尾5－10mm的范围内，两排小孔的排间距为5mm，靠近叶片末尾的一排小孔数量与前一排的小孔数量的比例为二比一，每排小孔沿各自所在排的方向在叶片上均匀分布，孔径1－2mm。叶轮高速旋转时，孔中产生的气流可有效地预防高压气流产生分离，进一步消除压气机喘振。

本实用新型的空气压气机能够实现高转速，如电机22采用四极无刷直流电机，额定转速10000转/分钟数量级。本实用新型压气机在不同设计点都能稳定工作，稳定高效的向空气引射放大器提供压缩气源。

本实用新型的空气引射放大器如图7和图8，包括内环31与外环32，内环31构成引射空气通路，一端为引射空气入口35，一端为空气输出口36，内环31与外环32嵌合连接构成环形腔33，其中内环31在引射空气入口35处与外环32不闭合，构成环形缝隙37，环形缝隙37的缝隙宽度均匀，宽度范围为0.5~5.0mm，由内环内径大小及进气参数决定，优选1.0mm；空气引射放大器的内环内径，也就是引射空气通路可视实际应用而定，直径变化范围达100 mm-2200 mm量纲级：缝隙开口朝向引射空气通路，内环31由环形缝隙37处延伸至环内的内表面为柯恩达表面，外环32上设有与环形腔33连通的压缩空气进口34。

本实用新型采用的空气引射放大器结构极其简单，内、外环之间所形成的环形腔33用来接收压缩空气，再从内、外环形成的环形缝隙37处喷射而出，高速流动的压缩空气沿靠近环形缝隙37设置的柯恩达（COANDA）表面引导气流。柯恩达表面是一种经验表面，由流体力学附面层原理所推论，流体流经该表面时表现出柯恩达效应：流体趋于紧贴地流过该表面。 空气引射放大器外的空气则被上述气流所抽吸形成引射及夹带气流一起组成输出空气流，流过内环内部的引射空气通路，该输出空气流可达输入的压缩空气的30-120倍数量级（标准状态下）。

如图9，空气引射放大器外环32面向内环31的一面在环形缝隙37处，沿圆周均匀设有凸筋38，所述凸筋38的凸起高度与环形缝隙37的缝隙宽度相同。凸筋38用于保持环形缝隙37的缝隙宽度均匀，同时起到支撑环形缝隙37的作用。优选凸筋38为长条状，其宽度与高度相近，长度随外环结构尺寸而定，长条状凸筋38与通过环形缝隙37的气流同方向，同时起到对气流的导流作用，沿外环32圆周均匀设置36条长条状凸筋38。

本实用新型空气引射放大器装配十分方便，内环31与外环32通过榫槽311和榫头321嵌合连接，如图8所示，内环31一端为柯恩达表面，另一端设有榫槽311，外环32上对应设有榫头321，嵌合后构成环形腔33。

本实用新型由空气引射放大器1与非对称斜流压气机2相连，由图1可见这种气动电风扇结构极其简单，工作原理是:由安装于圆柱形进气筒1的空气压气机2，从筒壁进气孔11中抽吸空气,经两级压缩增压后，通过环形连接座4和环形进气口5的球形铰链连接结构送入空气引射放大器3的环形腔33内，然后从其环形喷嘴，也就是空气输出口36中高速连续喷出，流体趋于紧贴地流过空气引射放大器的柯恩达表面，空气放大器的周边空气则被上述气流所抽吸形成引射及夹带气流一起组成输出空气流，该输出空气流可达输入的压缩空气的20倍数量级。

适当增加一些辅助装置，还能实现该气动电风扇左右摆动、装饰照明、加香、驱除蚊蝇等。

以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (7)

1.气动电风扇，其特征是包括圆柱形的进气筒（1）、空气压气机（2）和空气引射放大器（3），进气筒（1）一端封闭，在封闭端的筒壁上设有进气孔（11），空气压气机（2）设置在进气筒（1）内另一端，且与进气筒（1）的内壁密封连接，空气压气机（2）的空气入口面向进气筒（1）的封闭端，进气筒（1）的另一端延伸连接一环形连接座（4），空气引射放大器（3）的压缩空气进口（34）连接有环形进气口（5），所述环形连接座（4）和环形进气口（5）连接，且两者之间的连接为球形铰链式连接。

2.根据权利要求1所述的气动电风扇，其特征是空气压气机（2）为非对称斜流式空气压气机，包括转子叶轮（21）、电机（22）、压气机壳体（24）和定子叶轮（25），转子叶轮（21）与电机（22）相连并通过电机支架（23）与压气机壳体（24）固定，转子叶轮（21）位于压气机壳体（24）入口，压气机壳体（24）出口与定子叶轮（25）相连，转子叶轮（21）设有9片同样的叶片，所述叶片在转子叶轮（21）的圆周上为非对称分布，从转子叶轮（21）的气流入口方向看，相邻叶片之间的夹角顺时针依次为：43°、48°、43°、30°、34°、48°、48°、36°、30°。

3.根据权利要求2所述的气动电风扇，其特征是空气压气机（2）的转子叶轮（21）的气流出口处，每片叶片垂直于气流方向设有平行的两排小孔，所述两排小孔位于距叶片末尾5－10mm的范围内，两排小孔的排间距为5mm，靠近叶片末尾的一排小孔数量与前一排的小孔数量的比例为二比一，每排小孔沿各自所在排的方向在叶片上均匀分布，孔径1－2mm。

4.根据权利要求1或2或3所述的气动电风扇，其特征是空气引射放大器（3）由内环（31）和外环（32）组成，内环（31）的内部构成引射空气通路，一端为引射空气入口（35），一端为空气输出口（36），内环（31）与外环（32）嵌合连接，两者之间构成环形腔（33），其中内环（31）在引射空气入口（35）处与外环（32）不闭合，构成环形缝隙（37），环形缝隙（37）的缝隙宽度均匀，宽度范围为0.5~5.0mm，缝隙开口朝向引射空气通路，内环（31）由环形缝隙（37）处延伸至环内的内表面为柯恩达表面，外环（32）上设有与环形腔（33）连通的压缩空气进口（34）。

5.根据权利要求4所述的气动电风扇，其特征是空气引射放大器（3）的外环（32）面向内环（31）的一面在环形缝隙（37）处，沿圆周均匀设有凸筋（38），所述凸筋（38）为长条状，凸起高度与环形缝隙（37）的缝隙宽度相同，凸筋宽度与高度相同，长条状凸筋（38）与通过环形缝隙（37）的气流同方向，沿外环（32）圆周均匀设有36条长条状凸筋（38）。

6.根据权利要求4所述的气动电风扇，其特征是空气引射放大器（3）的内环（31）内径范围为100mm-2200mm；内环（31）与外环（32）通过榫槽（311）的榫头（321）嵌合连接。

7.根据权利要求5所述的气动电风扇，其特征是空气引射放大器（3）内环（31）内径范围为100mm-2200mm；内环（31）与外环（32）通过榫槽（311）的榫头（321）嵌合连接。 

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