CN209744541U - 层流风扇和吊顶式空调室内机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种层流风扇和吊顶式空调室内机。其中，层流风扇包括：多个环形盘片，相互平行间隔设置且固定连接、轴线共线设置；和电机，用于驱动多个环形盘片旋转，以便将外界空气从多个环形盘片的轴向一侧吸入多个环形盘片径向中央区域，再使其沿多个环形盘片径向向外吹出；至少部分环形盘片的表面形成有多个沟槽，以增强对环形盘片表层的气流的扰流，降低层流风扇的整体噪声。

Description

层流风扇和吊顶式空调室内机

技术领域

本实用新型涉及空气调节技术领域，特别涉及一种层流风扇300和吊顶式空调室内机。

背景技术

随着社会发展以及人们的生活水平不断提高，各种空气调节装置已经成为人们日常生活中不可或缺的电气设备之一。各种空气调节装置可以在环境温度过高或过低时，帮助人们达到一个能够适应的温度。

目前的空调调节装置主要包括各种类型的空调器以及风扇，但是大部分用户认为目前的空调器产生的热气或者冷气在房间或密闭的空间内不均匀分布，具有一定的分布局限性。此外，空调器的室内机使用的风扇主要是离心风扇和贯流风扇。但是离心风扇和贯流风扇存在以下问题：由于离心风扇需要由几十个大体积叶片来提高风压和风量，导致离心风扇噪声很大，并且将离心风扇用于立式空调器时，空气从进入离心风扇到送出空调器需进行两个90°的方向转折，每次方向转折都会有风量损失；贯流风扇虽然噪声较低，但是风压太小，送风距离短。并且贯流风扇整体体积大，而实际的有效体积小，造成空间浪费。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是要提供一种风量高的层流风扇，以更好地应用于空调。

本实用新型的进一步目的是要降低层流风扇的噪声，并消除异声。

本实用新型的另一目的是要提供一种应用了层流风扇的吊顶式空调室内机。

一方面，本实用新型提供了一种层流风扇，其包括：

多个环形盘片，相互平行间隔设置且固定连接、轴线共线设置；和

电机，用于驱动多个环形盘片旋转，以便将外界空气从多个环形盘片的轴向一侧吸入多个环形盘片径向中央区域，再使其沿多个环形盘片径向向外吹出；

至少部分环形盘片的表面形成有多个沟槽，以用于对环形盘片表层气流进行扰流，降低层流风扇的整体噪声。

可选地，每个环形盘片上均设置有多个沟槽。

可选地，每个环形盘片的仅朝向层流风扇进风侧的表面设置有多个沟槽。

可选地，每个沟槽从环形盘片的内圈延伸至外圈，并且沟槽从其两端至中央逐渐朝一侧凸弯。

可选地，各沟槽相对于环形盘片的中心轴线呈旋转对称均布。

可选地，层流风扇还包括一圆形盘片，其在最外侧的环形盘片外侧且与之固定连接，圆形盘片的内表面也形成有多个沟槽；且电机的转轴连接于圆形盘片内侧，以驱动其转动。

可选地，层流风扇还包括多个连接杆，每个连接杆贯穿圆形盘片和多个环形盘片，以将多个环形盘片固定连接于圆形盘片。

可选地，对于多个环形盘片，从进风侧至另一侧的方向上，相邻两环形盘片间距逐渐增大。

另一方面，本实用新型提供了一种吊顶式空调室内机，其包括：壳体，其顶部用于固定于屋顶，底部具有进风口，侧部具有至少一个送风口；换热器，设置于壳体内；根据以上任一项的层流风扇，层流风扇的轴线沿竖直方向延伸地设置在壳体内，且其进风侧朝下设置，用于促使室内空气从进风口进入壳体，与换热器换热后，再流向送风口。

可选地，换热器为轴线沿竖直方向延伸的弧形板状，其在层流风扇的径向外侧包围层流风扇。

本实用新型的层流风扇通过空气与环形盘片表面之间的粘性效应实现层流送风，降低传统风扇对叶片的使用，甚至可以不增加叶片即可满足风量的要求，送风过程噪声小、风量高，有效提升用户的使用体验。

进一步地，对于层流风扇，其多个环形盘片是平行间隔设置的。在转动送风过程中，每个环形盘片与其周围气流之间产生的噪声频率趋同，具有很强的一致性，相互叠加会使噪声变大。本实用新型在环形盘片上设置沟槽，气流撞击到沟槽的槽壁时，将产生不规律的反射，达到扰流作用，从而打乱了各环形盘片周围气流噪声频率的一致性，使其相互叠加消除。最终使层流风扇的整体噪声变小，也不会产生异声。

此外，本实用新型使沟槽从两端至中央逐渐朝一侧凸弯，并使多个沟槽旋转对称均布，是为了增强扰流降噪效果。

进一步地，本实用新型的层流风扇各相邻两环形盘片之间间距设置为不同，靠近进风侧的前述间距较小，远离进风侧的间距较大，可有效提升层流风扇的风量，使得层流风扇的出风满足用户的使用需求。

根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本实用新型一个实施例的层流风扇的整体结构示意图；

图2是图1所示层流风扇的示意性仰视图；

图3是根据本实用新型一个实施例的层流风扇的送风原理示意图；

图4是根据本实用新型一个实施例的层流风扇的速度分布和受力分布图；

图5是根据本实用新型一个实施例的层流风扇的空气循环示意图；

图6是根据本实用新型一个实施例的层流风扇的多个环形盘片间距渐变与风量和风压的关系示意图；

图7是根据本实用新型一个实施例的层流风扇的电机转速与风量和风压的关系示意图；

图8是本实用新型一个实施例的吊顶式空调室内机的示意性侧视图；

图9是图8所示吊顶式空调室内机的示意性仰视图；

图10是图8所示吊顶式空调室内机的A-A剖视图。

具体实施方式

下面参照图1至图10来描述本实用新型实施例的层流风扇和吊顶式空调室内机。其中，“前”、“后”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“横向”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

图1是根据本实用新型一个实施例的层流风扇的整体结构示意图；图2是图1所示层流风扇的示意性仰视图。图1用箭头示意了风向。

如图1和图2所示，本实用新型实施例的层流风扇300一般性地可包括多个环形盘片10和一个电机20。多个环形盘片10平行间隔设置且相互固定连接、轴线共线设置。电机20用于驱动多个环形盘片10旋转，以使靠近多个环形盘片10表面的空气边界层13(空气边界层13是靠近各环形盘片10表面的很薄的空气层)因粘性效应被多个环形盘片10带动由内向外旋转移动形成层流风。这样，层流风扇300运转时，将外界空气从多个环形盘片10的轴向一侧(如图1所示的实施例为下侧)吸入多个环形盘片10径向中央区域(即图5所示的进风通道11)，再使其沿多个环形盘片10径向向外吹出。层流风扇300的送风过程噪声小、风量高，且能实现周向360°出风，能匹配具有此种出风需求的空调或其他装置。

因多个环形盘片10是平行间隔设置的，在转动送风过程中，每个环形盘片10与其周围气流之间产生的噪声频率具有很强的一致性，多处噪声相互叠加会使层流风扇300的整体噪声变大。

为此，本实用新型实施例特别使至少部分环形盘片10的表面形成有多个沟槽15。例如，可使沟槽的宽为5mm，深为2mm。气流碰撞到沟槽15的槽壁时，将产生不规律的反射，达到扰流作用。从而打乱了各环形盘片10周围气流噪声频率的一致性。这样，噪声相互叠加时能够消除一部分，从而使层流风扇300的整体噪声变小，也不会产生异音。

可使每个环形盘片10上均设置有多个沟槽15，以确保更好的扰流降噪效果。并且，因为环形盘片10朝向进风侧的一面受到的风压相比另一面更大，因此，使每个环形盘片10的仅朝向层流风扇300进风侧的表面设置有沟槽15，可取得更好的扰流效果。如图1所示，环形盘片10的轴向竖直设置，风从下向上进入层流风扇300内，所以其进风侧是其下侧，沟槽15设置在环形盘片10的下表面，环形盘片10的上表面仍为平面。

发明人发现，沟槽15的延伸路径的形状对其降噪效果具有较大影响。发明人经大量仿真与实验发现，将沟槽15按以下方式设计可取得最优的降噪效果。即：如图2所示，每个沟槽15从环形盘片10的内圈S1延伸至外圈S2，并且沟槽15从其两端至中央逐渐朝一侧凸弯。进一步地，使凸弯的方向与环形盘片10旋转方向相同。并且，还优选使多个沟槽15相对于环形盘片10的中心轴线呈旋转对称均布。

每个环形盘片10上开设的沟槽15的数量也会对降噪效果产生影响，发明人经测试发现，每个环形盘片10上开设10至15个沟槽为宜。

如图1所示，层流风扇300还可包括一圆形盘片30。圆形盘片30位于最外侧的环形盘片10的外侧(即图1所示的最上方的环形盘片10的上方)，并与之固定连接。圆形盘片30的内表面(即图1所示圆形盘片30的下表面)也形成有前述的多个沟槽15，且设置方式与环形盘片10的沟槽设置方式相同。电机20伸入多个环形盘片10径向内侧的进风通道11内，其转轴连接于圆形盘片30，以驱动其转动，从而带动多个环形盘片10转动。可使圆形盘片30的半径和多个环形盘片10的外径相同。

层流风扇300还可包括多个连接杆40。每个连接杆40可以贯穿圆形盘片30和多个环形盘片10，以将多个环形盘片10连接至圆形盘片30。多根连接杆40均匀间隔地贯穿于圆形盘片30和多个环形盘片10的边缘，以保证圆形盘片30和多个环形盘片10的连接关系稳固，进而保证在电机20驱动圆形盘片30旋转时，圆形盘片30可以稳定地带动多个环形盘片10旋转，提高层流风扇300的工作可靠性。

图3是根据本实用新型一个实施例的层流风扇的送风原理示意图；图4是根据本实用新型一个实施例的层流风扇的速度分布和受力分布图。

如图3和图4所示，层流风扇的送风原理主要来源于尼古拉·特斯拉发现的“特斯拉涡轮机”。特斯拉涡轮机主要利用流体的“层流边界层效应”或者“粘性效应”实现对“涡轮盘片”做功的目的。本实施例的层流风扇通过电机20驱动圆形盘片30、圆形盘片30带动多个环形盘片10高速旋转，各环形盘片10间隔内的空气接触并发生相互运动，则靠近各环形盘片10表面的空气边界层13因受粘性剪切力τ作用，被旋转的环形盘片10带动由内向外旋转移动形成层流风。

图4示出的就是空气边界层13受到的粘性剪切力分布τ(y)和速度分布u(y)的示意图。空气边界层13受到的粘性剪切力实际上是各盘片对空气边界层13产生的阻力。图4中的横坐标轴指的是空气边界层13的移动方向上的距离，纵坐标轴指的是空气边界层13在与移动方向垂直的方向上的高度。v_e为空气边界层13内每一点的气流速度，δ为空气边界层13的厚度，τ_w为环形盘片10表面处的粘性剪切力。τ(y)和u(y)中的变量y指的是空气边界层13在与移动方向垂直的方向上截面的高度，L为环形盘片10内圆周的某一点与环形盘片10表面某一点之间的距离。则τ(y)是在该距离L处，空气边界层13截面的高度为y时受到的粘性剪切力分布；u(y)是在该距离L处，空气边界层13截面的高度为y时的速度分布。

图5是根据本实用新型一个实施例的层流风扇的空气循环示意图。如图5所示，多个环形盘片10的径向中心共同形成进风通道11，以使层流风扇300外部的空气进入。多个环形盘片10彼此之间的间隙形成有多个出风口12，以供层流风吹出。空气边界层13由内向外旋转移动形成层流风的过程是离心运动，因而离开出风口12时的速度要大于进入进风通道11时的速度。

在一些实施例中，对于多个环形盘片10，从进风侧至另一侧的方向上，相邻两环形盘片10的间距逐渐增大。如图5所示，相邻两个环形盘片10之间的间距由下至上逐渐增大。发明人经过多次实验发现，如此设置会有效提升层流风扇300的风量。可使相邻两个环形盘片10之间的间距变化量相同，也就是说，相邻两个环形盘片10之间的间距由下至上增大的数值相同。例如，8个环形盘片10中相邻两个环形盘片10之间的间距由下至上可以依次设置为：13.75mm、14.75mm、15.75mm、16.75mm、17.75mm、18.75mm、19.75mm，相邻两个环形盘片10之间的间距由下至上依次增大1mm。需要说明的是，上述相邻两个环形盘片10之间的间距变化量的具体数值仅为举例，而并非对本实用新型的限定。

多个环形盘片10中每两个相邻的环形盘片10之间的间距由下至上逐渐增大，也就是说多个环形盘片10以不同的间距彼此间隔地平行设置。多个环形盘片10彼此之间的间隙形成的多个出风口12可以使得层流风扇实现360°均匀送风，避免用户因空调器直吹送风而产生的多种不适症状，进一步提升用户的使用体验。上文中描述的相邻两个环形盘片10之间的间距由下至上逐渐增大，实际上是指沿着气流在进风通道11中流动的方向，相邻两个环形盘片10之间的间距逐渐增大。

图6是根据本实用新型一个实施例的层流风扇的环形盘片10的多个环形盘片10间距渐变与风量和风压的关系示意图。其中横坐标轴shrinking uniform expanding Platedistance increase指的是沿着由下至上的方向相邻两个环形盘片10之间的间距的变化量，左纵坐标轴Mass flow rate指的是风量，右纵坐标轴Pressure rise指的是风压，风压指的是层流风扇的出风口12与进风通道11进口处的压力差。并且，相邻两个环形盘片10之间的间距变化量相同，也就是说，相邻两个环形盘片10之间的间距增大或缩小的数值相同。

具体地，图6示出的是在层流风扇的环形盘片10外径、内径、数量、厚度、电机20的转速均保持不变时，多个环形盘片10间距渐变与风量和风压的关系示意图。如图6所示，在上述提及的各参数均保持不变时，多个环形盘片10中，每两个相邻的环形盘片10之间的间距由下至上逐渐变化对风量影响较大，对风压影响很小。当横坐标轴表示的沿着由下至上的方向相邻两个环形盘片10之间的间距的变化量为正数时，说明多个环形盘片10中每两个相邻的环形盘片10之间的间距由下至上逐渐增大；当横坐标轴表示的沿着由下至上的方向相邻两个环形盘片10之间的间距的变化量为负数时，说明多个环形盘片10中每两个相邻的环形盘片10之间的间距由下至上逐渐缩小。由图6可知，多个环形盘片10中每两个相邻的环形盘片10之间的间距变化量为-1mm、1mm和2mm时，层流风扇的风量和风压均有很大的改善。综合考虑层流风扇的风量和风压，将多个环形盘片10中每两个相邻的环形盘片10之间的间距设置为由下至上逐渐增大。在一种实施例中，层流风扇的环形盘片10外径为175mm，环形盘片10内径为115mm，环形盘片10的数量为8个，环形盘片10的厚度为2mm，电机20的转速为1000rpm(revolutions per minute，转/分钟)，此时综合考虑层流风扇的风量与风压，可以设置8个环形盘片10中相邻两个环形盘片10之间的间距由下至上可以依次设置为：13.75mm、14.75mm、15.75mm、16.75mm、17.75mm、18.75mm、19.75mm，即相邻两个环形盘片10之间的间距由下至上依次增大1mm。需要说明的是，多个环形盘片10中相邻两个环形盘片10之间的间距由下至上逐渐增大，实际上是指沿着气流在进风通道11中流动的方向，相邻两个环形盘片10之间的间距逐渐增大。

图7是根据本实用新型一个实施例的层流风扇的电机20的转速与风量和风压的关系示意图。其中横坐标轴Speed of revolution指的是电机20的转速，左纵坐标轴Massflow rate指的是风量，右纵坐标轴Pressure rise指的是风压。具体地，图7示出的是在层流风扇的环形盘片10外径、内径、层数、间距、厚度均保持不变时，电机20的转速与风量和风压的关系示意图。如图7所示，在上述提及的各参数保持不变时，风量随电机20的转速增高大致呈线性增加，但增速有减缓的趋势，风压增量则基本没有变化。即对于同一个层流风扇，电机20转速增高时风量大致呈线性增加。在一种优选的实施例中，层流风扇的环形盘片10外径为175mm，环形盘片10的内径为115mm，环形盘片10的层数为8层，相邻两个环形盘片10之间的间距由下至上依次设置为：13.75mm、14.75mm、15.75mm、16.75mm、17.75mm、18.75mm、19.75mm，环形盘片10的厚度为2mm时，电机20的转速与层流风扇的风量呈线性关系更加明显。

由于电机20的转速与层流风扇的风量大致呈线性关系，因而在一种优选的实施例中，电机20还可以配置成：电机20的转速根据获取到的层流风扇的目标风量确定。也就是说，可以首先获取层流风扇的目标风量，再根据其与电机20的转速之间的线性关系确定电机20的转速。需要说明的是，该目标风量可以通过用户的输入操作获取。

本实用新型还提供了一种吊顶式空调室内机，其与空调室外机(未图示)一同构成蒸气压缩制冷循环系统，实现对室内环境的制冷/制热。

图8是本实用新型一个实施例的吊顶式空调室内机的示意性侧视图；图9是图8所示吊顶式空调室内机的示意性仰视图；图10是图8所示吊顶式空调室内机的A-A剖视图。

如图8至图10所示，本实用新型实施例的吊顶式空调室内机一般性地可包括壳体100、换热器400和层流风扇300。

吊顶式空调室内机整体安装于室内屋顶(图8利用虚线示意了屋顶)下方，壳体100的顶部用于固定于屋顶，空调室内机其余部分显露在屋顶下方。

壳体100的底部具有进风口110，侧部具有至少一个送风口120。送风口120的数量可为一个，也可为多个。如图9所示，壳体100为方形结构，沿壳体100周向布置四个送风口120，以实现四个方向的送风。当然，还可以沿壳体100周向布置更多的送风口120，以实现更多方向的送风。甚至，可以使壳体100为圆形，其周向全角度均开设送风口120用于出风，以实现360°全方位送风。此外，因吊顶式空调室内机安装位置较高，其出风覆盖范围也极大，利于提升制冷/制热速度，且使用户更加舒适。每个送风口120处可设置一个导风板121，以便开闭送风口120。导风板121可受控绕一水平轴线转动地引导出风角度。

换热器400可为蒸气压缩制冷循环的蒸发器，其设置在壳体100内(如图10)。室内空气从进风口110进入壳体100后，与换热器400进行热交换变为热交换风(制冷时，热交换风为冷风，制热时，热交换风为热风)热交换风流向送风口120，实现对室内的制冷/制热。

层流风扇300设置在壳体100内，其轴线沿竖直方向延伸，进风侧朝下设置，用于促使室内空气从进风口110向上流动进入壳体100，与换热器400换热后，再流向送风口120。

如图10，可使换热器400为轴线沿竖直方向延伸的弧形板状(考虑制作工艺，其并非整个圆弧，而是一个优弧状)，且使其靠近多个环形盘片10的径向内侧设置，以使其更加接近环形盘片10，更加利于从换热器400处吸收气流。

在一些实施例中，如图8至图10所示，吊顶式空调室内机还包括导流盘200。导流盘200设置在壳体100下方，其顶面与壳体100底面形成间隙。导流盘200的一个作用是引导室内空气从导流盘200的周缘各处，经导流盘200与壳体100之间的间隙流向进风口110。相比于使风从壳体100底部直接竖直向上进入壳体100的方案，本实用新型实施例设置导流盘200，使得吊顶式室内机的底部外观(其底部主要面向用户)更加美观，避免壳体100底部布置复杂的进风格栅影响外观。而且，这样也使进风方向接近于水平方向，而出风方向也是接近于水平方向的，两者夹角更小，使得风扇能耗以及噪声都有所降低。

如图8和图10所示，可使导流盘200具有从其中央向周缘逐渐向下倾斜的锥形引导斜面201，以便对室内空气进行导流。室内空气从导流盘200周缘处进入导流盘200与壳体100之间间隙后，在锥形引导斜面201的引导下，逐渐向上偏斜流动，以利于其进入进风口110。可以理解的是，锥形引导斜面201的母线(该母线绕导流盘200的回转轴转动可形成锥形引导斜面201)并非必须是直线，也可如图10所示为中央相比上下两端向内部凹进的弧线。

此外，还可使壳体100形成有进风风道140，进风风道140的入口即构成前述的进风口110。可使进风风道140的内壁为从下向上逐渐向中央倾斜延伸的锥形面，以便与导流盘200的锥形引导斜面201构成类似蜗壳状结构，从而强化其进风引导功能，提升风扇的吸气效率。

如图8和图9所示，导流盘200的周缘轮廓可为圆形，进风口110也可为圆形。两者均为圆形结构是为了更加顺畅地进风，且室内机底部外观也更加美观。并且，可使导流盘200的周缘轮廓直径大于进风口110的直径，以增大导流盘200的导流长度，保证导流效果。同时也使导流盘200足以完全遮蔽进风口110，使室内机底部更加美观。如图8所示，导流盘200通过多个连接臂210连接于壳体100。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种层流风扇，其特征在于包括：

多个环形盘片，相互平行间隔设置且固定连接、轴线共线设置；和

电机，用于驱动所述多个环形盘片旋转，以便将外界空气从所述多个环形盘片的轴向一侧吸入所述多个环形盘片径向中央区域，再使其沿所述多个环形盘片径向向外吹出；且

至少部分所述环形盘片的表面形成有多个沟槽，以用于对所述环形盘片表层气流进行扰流，降低所述层流风扇的整体噪声。

2.根据权利要求1所述的层流风扇，其特征在于，

每个所述环形盘片上均设置有所述多个沟槽。

3.根据权利要求2所述的层流风扇，其特征在于，

每个所述环形盘片的仅朝向所述层流风扇进风侧的表面设置有所述多个沟槽。

4.根据权利要求2所述的层流风扇，其特征在于，

每个所述沟槽从所述环形盘片的内圈延伸至外圈，并且所述沟槽从其两端至中央逐渐朝一侧凸弯。

5.根据权利要求4所述的层流风扇，其特征在于，

各所述沟槽相对于所述环形盘片的中心轴线呈旋转对称均布。

6.根据权利要求1所述的层流风扇，其特征在于，

所述层流风扇还包括一圆形盘片，其在最外侧的所述环形盘片外侧且与之固定连接，所述圆形盘片的内表面也形成有多个所述沟槽；且

所述电机的转轴连接于所述圆形盘片内侧，以驱动其转动。

7.根据权利要求6所述的层流风扇，其特征在于，

所述层流风扇还包括多个连接杆，每个所述连接杆贯穿所述圆形盘片和所述多个环形盘片，以将所述多个环形盘片固定连接于所述圆形盘片。

8.根据权利要求1所述的层流风扇，其特征在于，

对于所述多个环形盘片，从其进风侧至另一侧的方向上，相邻两环形盘片间距逐渐增大。

9.一种吊顶式空调室内机，其特征在于包括：

壳体，其顶部用于固定于屋顶，底部具有进风口，侧部具有至少一个送风口；

换热器，设置于所述壳体内；

根据权利要求1至8中任一项所述的层流风扇，所述层流风扇的轴线沿竖直方向延伸地设置在所述壳体内，且其进风侧朝下设置，用于促使室内空气从所述进风口进入所述壳体，与所述换热器换热后，再流向所述送风口。

10.根据权利要求9所述的吊顶式空调室内机，其特征在于，

所述换热器为轴线沿竖直方向延伸的弧形板状，其在所述层流风扇的径向外侧包围所述层流风扇。