CN217952626U - 均流风机及其所用的扩散型均流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种均流风机及其所用的扩散型均流器，扩散型均流器包括由至少两个径向尺寸逐渐收缩的锥形扩散板书序套接组成的多层锥形扩散板组和用于将各个锥形扩散板固定连接形成一体结构的固定支撑杆，相邻的锥形扩散板侧壁之间形成供气流通过的气流扩散通道，均流风机包括风机、扩散型均流器、橡胶气密垫片和连接螺栓，风机的出风法兰的连接孔与扩散型匀流器上的连接法兰的螺纹孔正对，橡胶气密垫片夹设于出风法兰和连接法兰之间，出风法兰和连接法兰通过连接螺栓固连，橡胶气密垫片紧密夹设于连接法兰和出风法兰之间，本实用新型使风机出风气流在较短距离内得到均匀的分配并形成稳定的气流。

Description

均流风机及其所用的扩散型均流器

技术领域

本实用新型涉及一种风机，特别涉及一种均流风机及其所用的扩散型均流器。

背景技术

空调系统中使用空调箱时，对于气流速度与气流稳定性的要求就需更加的严谨，在空调箱机组内部排布的处理组件较多，且对气流的通过处理组件的风速与稳定性均有一定的要求，气流越稳定且分配越均匀，其空气调节能力愈佳。

空调箱以箱体内部所承受之气流压力区分；可区分为正压空调箱与负压空调箱两大类型组合模式。若为正压空调箱其风机段之吹出口直接对吹的是盘管(冷却盘管或加热盘管)，由于风机出风口处气流速度较大，一般以低速风机而言，约为12m/s～18m/s左右，此高速气流如果直接吹向盘管时，其正对出风口中央处会产很大的局部风速，且不均匀的分布于盘管表面，降低盘管之有效面积，将会影响盘管对通过气流之调节能力。

若为负压空调箱，与正压空调箱相类似的气流速度12m/s～18m/s左右，风机段之出风口直接对吹的是空气过滤器，以空气过滤器的特性而言：气流通过过滤器之气流速度与过滤效率及通过滤材之表面风速也都是有一定的要求的，彼此之间都具有函数关系，通过滤材之气流速度越快，其过滤效率越差，除了直接影响过滤效果之外，且若气流速度过快直接吹击过滤器，很有可能直接吹损过滤器滤材或固定框架之风险，因而降低过滤器之过滤效果与使用寿命。

现有市面上之空调箱，仍然有需多制造厂家根本没装任何均流装置，也仅有少数仅加装常规式冲孔板式均流板。此冲孔板式之均流板虽具有气流缓冲与均流作用，但风机吹出口采用这种直吹型出风时，因为受到自由射流的影响，其气流过度的集中送风，实际气流通过均流板的后段气流仍极为不稳定，对稳定气流分布之效果欠佳。

常规空调箱内部的气流风速，也就是通过盘管的盘面风速优化设计值一般约采用2.5m/s左右，若气流速度过高、过低均较为不适宜。但各种空调室内的处理空间是为恒温恒湿时，甚至室内必需控制正负压需求时，则外气空调箱的风量亦将随室内压力需求条件变化，其外气风量亦需随之变化，方能满足室内的要求。

此种情况，就必须使用可变风量系统(Variable air volume system简称：VAVsystem)，其变化量也会随着室内外压差变化量，其送风量也需随之改变，此时就需搭配变频器，风机电机通过频率变化，使风机转速产生改变，从而改变了风量，其风量的变化量可依循风扇定律(Fan law)公式求得。

采用变频器虽然在一定程度上改变了风量，但仍然难以实现气流的均匀稳定输出，且增加了空调系统的成本。

实用新型内容

为了弥补以上不足，本实用新型提供了一种均流风机及其所用的扩散型均流器，采用扩散型均流器的均流风机能够使出风气流在较短距离内得到均匀的分配并形成稳定的气流。

本实用新型为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种扩散型均流器，包括多层锥形扩散板组和固定支撑杆，所述多层锥形扩散板组包括至少两个径向尺寸逐渐收缩的锥形扩散板，所述锥形扩散板形成一端内径小于另一端内径的锥筒形结构，各个锥形扩散板按照径向尺寸顺序同轴套接，固定支撑杆将各个锥形扩散板固定连接形成一体结构，相邻的锥形扩散板侧壁之间形成供气流通过的气流扩散通道。

作为本实用新型的进一步改进,所述固定支撑杆沿多层锥形扩散板组径向延伸，固定支撑杆两端分别与相邻两层锥形扩散板侧壁固定连接，若干固定支撑杆均匀分布于各个锥形扩散板侧壁之间的间隙内。

作为本实用新型的进一步改进,所述锥形扩散板直径小的一端形成有一端环柱状连接壁，固定支撑杆两端分别与相邻两层锥形扩散板一端的环柱状连接壁固连。

作为本实用新型的进一步改进,还设有连接法兰，所述连接法兰固定设于多层锥形扩散板组最外层锥形扩散板内径小的一端上，连接法兰上设有若干连接孔位。

作为本实用新型的进一步改进,还设有中央支撑杆和中央导流板，所述中央支撑杆同轴插设于多层锥形扩散板组中心，中央导流板包括底面和一端直径小于另一端直径的锥形侧壁，所述锥形侧壁直径小的一端与底面侧壁固连形成一锥形碗状结构，中央支撑杆一端与连接法兰和多层锥形扩散板组固定连接形成一体结构，中央支撑杆另一端的端部与中央导流板的底面固连形成一体结构。

作为本实用新型的进一步改进,所述锥形扩散板和中央导流板的锥形侧壁为倾斜角度一致的平行结构，所述多层锥形扩散板组的相邻锥形扩散板之间的间距相等。

作为本实用新型的进一步改进,所述锥形扩散板和中央导流板直径大的一端分别形成有沿径向外扩的导流折弯边，所述锥形扩散板和中央导流板上的导流折弯边位于同一径向平面上。

作为本实用新型的进一步改进,最外层的锥形扩散板直径大的一端上固定套设安装有一外形边框。

作为本实用新型的进一步改进,所述锥形扩散板和中央导流板为不锈钢板、铝板或硬质塑料板一体成型结构，由铝板或硬质塑料板制成的锥形扩散板和中央导流板表面设有防腐涂层，所述锥形扩散板和中央导流板的横截面为方形、圆形或椭圆形。

一种均流风机，包括风机、扩散型均流器、橡胶气密垫片和连接螺栓，所述风机的出风口上固定设有出风法兰，出风法兰上设有与扩散型匀流器上的连接法兰上连接孔位正对的安装螺纹孔，橡胶气密垫片夹设于风机出风口上的出风法兰和扩散型匀流器上的连接法兰之间，橡胶气密垫片上设有与连接法兰上的连接孔位正对的避让孔位，所述连接螺栓穿设于连接孔位和避让孔位内，连接螺栓的螺柱与安装螺纹孔螺接相连，连接法兰、橡胶气密垫片和出风法兰紧密夹设于连接螺栓头部和连接螺母之间。

本实用新型的有益技术效果是：本实用新型通过在风机的出风口上安装扩散型均流器，气流经过扩散型均流器的气流扩散通道进行均匀扩散，并进行减速，使气流在通过过滤器或盘管的迎面风速尽可能在短距离内稳定均匀分布，且保持在一定的设计值，以达到空调箱的最佳调节能力，当气流稳定后，在相同的工况条件之下，可降低系统风量，因而可降低空调箱风机之耗电量与制造成本，本实用新型的扩散型均流器了兼备了常规型冲孔式的均流板功能外，还可以缩短风机气流从吹出口至稳态时的吹出距离，在较短的距离内达到气流的稳定度，除了以理论公式计算验证外并通过气流数值模拟分析，证实此扩散型均流器对于稳定空调箱均流段的气流相当有效，可以大大的缩短均流段的距离，属于非常重大的突破与实用新型。

附图说明

图1为离心式风机系统特性曲线图；

图2为传统风机的气流分布与出风距离图；

图3为本实用新型的均流风机的气流分布与出风距离图；

图4为风机等效出风距离计算配置示意图；

图5为本实用新型的扩散型均流器结构原理主视图；

图6为本实用新型的扩散型均流器结构原理左视图；

图7为风机与扩散型均流器组装结构原理主视图；

图8为扩散型均流器效果验证流程图；

图9为空调箱采用无均流风机的物理模型边界图；

图10为空调箱采用安装有常规型均流板的风机的物理模型边界图；

图11为空调箱采用本实用新型的均流风机的物理模型边界图；

图12为空调箱采用无均流风机的数值仿真图；

图13为空调箱采用安装有常规型均流板的风机的数值仿真图；

图14为空调箱采用本实用新型的均流风机的数值仿真图。

锥形扩散板---1 固定支撑杆---2 气流扩散通道---3

环柱状连接壁---4 连接法兰---5 中央支撑杆---6

中央导流板---7 导流折弯边---8 外形边框---9

风机---10 扩散型均流器---11 橡胶气密垫片---12

连接螺栓---13 盘管---14 出风法兰---15

常规型均流板---16

具体实施方式

实施例：

首先从以下五个方面说明一下电机的工作原理：

(一)变频电机工作原理应用：

在三相异步电机的用电功率，也就是电机在带动负载时，需要从电源吸取的能量，其容量大小是由负载侧的大小决定的。若想要随着负载的变化而改变电机的转速，可以通过改变输入电机的电源频率方式来改变，此时则需采用变频器(Inverter)来进行。

变频器的基本原理是将原来直接通入电机的定子绕组的工频交流电先行通入变频器，在变频器内部应用电子变流技术将工频交流电进行整流后再进行逆变，使其输出的交流电的频率发生变化，然后将改变频率后的交流电再通入电机定子绕组内，则其转子的转速，将随变频器输出的频率变化改变频率，而使电机的转速改变。

同步电机的旋转速度计算公式如下：

式中：

n：电机同步转速；rpm(转速/min)；

f：电源频率；赫兹Hz；

P：电机绕组极数；级数。

例如：电机之极数为4极，通入的电源频率为60Hz，则其同步转数为1800[rpm]。若电机的极数4极、通入的电源频率为50Hz，则其同步转数为1,500[rpm]，电机的旋转速度与电源频率值成正比例关系。

变频器欲使电机的转速改变可以通过负载端的压力传感器或温度传感器的设定，且随负载的需求进行频率调整，而使电机的转速发生改变，以满足负载端的需求条件，既不会造成浪费又不会出现负载不足的情况，所以变频器是一种既高节能又高效能的调速设备。

此外，频率是电机供电电源的信号之一，因为该值能够在电机的外面调整改变后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以随变频器得到的信号自由的改变频率。因此，以控制频率为目标频率的变频器，是做为电机调整速度的最佳选配设备，同时改变频率是最优的电机转数的控制方式之一。

(二)风扇定律的应用：

风扇定律(Fan law)，是一种用来改变电机转速的基本定律：当推动流体的空气密度一定，且风扇叶轮的轮径一定时，而转速(n)改变时，其风量(Q)、静压(SP)及所需动力(L)的应用方程式；

(a)、风量与转速成正比：

式中：

Q₁：转速改变前之风量；

Q₂：转速改变后之风量；

n₁：转速改变前；

n₂：转速改变后。

(b)、静压与转速比的二次方成正比；

式中：

sp₁：转速改变前之静压；

sp₂：转速改变后之静压；

n₁：转速改变前；

n₂：转速改变后。

(c)、所需动力与转速比的三次方成正比；

式中：

L₁：转速改变前之动力；

L₂：转速改变后之动力；

n₁：转速改变前；

n₂：转速改变后。

当空调箱风机的电机受到上端安装的变频器输出讯号而产生的频率改变，风机电机转子的转速亦随之改变，此时其系统的风量、静压及耗电功率也都随着改变。其变化量可依风扇定律分别计算出，尤其于耗电功率方面，是依据风扇定律风机的动力与转速的三次方的正比例关系，若能够降低风机的动力，则可以大大的节省系统之运行成本，从而保证了整个系统运行过程中精确稳定的运行。

(三)风机静压：

依据系统所需的风量(体积流率)及系统需克服的全静压损，来选择最匹配最佳的风机。若对空调箱设备而言：空调箱的风机所需克服系统的静压损失，主要区分为两大部分；机内静压损失及机外静压损失。

(a)、机内静压损失

空调箱机内静压损失，包括风机本身系统效应损失外，还包含机体内部所配置的处理组件阻力损失如；冷却盘管、加热盘管、空气过滤器及进出风口系统效应损失等等。

(b)、机外静压损失

空调箱机外静压损失，包括气流通道(风管)、弯头、三通、分岐、变形管及送至空调空间内部的出风口效应损失等等。因此，空调箱风机所需克服的压力损失为机内静压损失与机外静压损失之总和，又称为全静压损失。

空调箱本体内部的气流通道，需考虑到气流能否在最短的距离内能使气流均匀分布，且无乱流、涡流及逆流的情况产生，以及尽量减少气流速度发生突然的变化。

以空调箱内部的气流通过盘管之优化设计为2.5m/s左右，因此于箱体内的气流通道的截面积也都是依此风速2.5m/s做为计算出断面积之基准参数。而于空调箱的长度则是依据箱体内部配置的组件多寡以及组件与组件中保留各区段最低需求距离，即可计算出空调箱的最小长度，其中影响最大的区段就是风机吹出口的均流段，若针对此均流段于气流流动时，能在最短程的距离内达到稳流速度状态，则可以缩短风机的出风距离，相对的也就可以降低整组空调箱的速度状态，则可以缩短风机的出风距离，相对的也就可以降低整组空调箱的总长度，而降低空调箱的制造成本及占地空间。

(四)、离心式风机的性能变化

空调箱风机与整个送风系统组合起来，就是系统所需的送风量，尤其是可变风量系统(Variable air volume system简称：VAV system)。如果要恒定的控制室内的恒温、恒湿及恒压等状况时，往往都需随着室内负载的变化而改变其送风量。在此情况时，其系统并非在固定的体积流率与压力损失状况下运行，而是随着室内要求条件变化而产生变化。若以离心风机的特性曲线来说明，此时系统与原设计的风机与系统特性曲线与系统实际运行特性曲线也就发生了改变。如下图1所示。

如图1所示，根据离心风机的特性曲线，若原设计点在设计风量与静压参数之下，与风机特性曲线的交点为B，但实际运行时，会随着室内负载需求而改变其风量与静压，当风机的耗能功率不变之下，当风量减少时，其静压会相对的提高，此时的实际运行特性曲线会移至A点，反之若风量需增加时，其全静压也会相对地降低，其实际运行特性曲线则会移至C点。当系统的原设计点与实际运行点越接近时，则其系统运行会越稳定。

根据风机的耗能功率也就是轴功率、风量与全静压之关系说明如下：

全压(Pt)＝静压(Ps)+动压(Pv)；

轴功率常用之单位：W或kW。

定义：轴功率与流体的流量及全压成正比例之关系，而风机之轴功率又与风机本身的电机效率及机械传动效率产生关连，也就是成反比例的关系。因此，可以确立风机之轴功率与流体的流量及全压的关系方程式为：

式中，η_t包括电机效率与机械传动效率。

在动力学中，瓦特数(W)之定义为：W＝N·m/s，压力单位Pa＝N/m²。

根据上述定义，当以瓦特数W来表示时：风量单位m³/s，全压单位Pa＝N/m²，将单位代入定义公式：

又当若换算为较常用单位时，风量单位为m³/min(也可以CMM表示)，且全压为mmAq表之时：

1mmAq＝9.8Pa(工程业界引用此单位换算时，常会直接采用整数10Pa做计算)；

若风机之功率以kW表示时，则经过单位系数换算可得出风机轴功率计算公式：

1kW＝1000W，1m³/s＝60m³/min，1mmAq＝9.8Pa代入公式为：

公式整理结果：

根据上述说明风机的轴功率、风量、全压的计算方程式，即可知道系统风量与全静压是决定风机耗能的主要关键因素。空调箱风机的性能也会因为风机型式选择不当或空调箱内部各处理组件配置的距离不足，而使整个空气调节性能大幅的下降。

(五)、风机的等效出风距离：

风机的出风口于吹出口处气流一般都不是均匀分布的，且气流速度是非常快的，必需于气流通道内流动一段距离后才会渐渐趋近于稳流状态，这个距离可定义为一个风管等效长度(One effective duct length)。为了使风机的能量可以充分的被利用，且希望气流能于管道内在最短距离内形成稳流型态。而欲计算出一个等效风管长度时，可根据流体于管道内之流速与截面积的函数关系求得，若气流通道或风管为矩形时，必需先将矩形长宽的尺寸换算成等效管径，其计算式如下：

D＝(4×H×W/π)^1/2；

式中：

D：等效长度(单位为等效管径)(m)；

H：空调箱内部高度(m)；

W：空调箱内部宽度(m)；

π：圆周率3.1416。

且其吹出距离与等效长度及管道内流体的流速相关连，并由流体的末端速度与流体的初始速度之比值，可求得气流速度比。最后再将等效长度乘以速度比，即可求出等效出风距离。因此，如何缩减出风距离并使气流达到稳流型态，是一个相当重要的关键。

气流速度越快且不稳定，其风机之出风距离就会越长，若于空调箱风机之出风口适当位置增设均流板，是可以降低出风距离的。但于现实的设计中往往于空调箱内部之风量与风速是受制于内部调节器具的排列与间距难以确实难以完全的掌控的，因此不易使气流提早达到稳流型态，因而使风速与风量产生的误差。

故本实用新型提出扩散型均流器，包括多层锥形扩散板1组和固定支撑杆2，所述多层锥形扩散板1组包括至少两个径向尺寸逐渐收缩的锥形扩散板1，所述锥形扩散板1形成一端内径小于另一端内径的锥筒形结构，各个锥形扩散板1按照径向尺寸顺序同轴套接，固定支撑杆2将各个锥形扩散板1固定连接形成一体结构，相邻的锥形扩散板1侧壁之间形成供气流通过的气流扩散通道3。

该扩散型均流器11可应用于空调箱(Air handling units-AHU)或一般箱型风机10(Box type fan)的送风机10出风口至均流段(Uniform section)之间，气流从多层锥形扩散板1组一端进入，经过环形的倾斜的气流扩散通道3向前流动，最终呈大角度扩散状态出风，锥形扩散板1可依气流速度进行倾斜角度调整，进而调整气流方向从而获得不同的送风距离与扩散角度。

多层锥形扩散板1可依空调箱的实际风量与风压而改变其尺寸大小与锥形扩散板1的层数及相邻锥形扩散板1之间的距离，用来控制均流器后侧气流的稳定度，也就是利用锥形扩散板1的扩散角度，加快出风口气流的稳定扩散。扩散型均流器11主要安装于空调箱的风机10吹出口的均流段区域，除了可提早稳定气流外，还可缩短风机10出口的吹出距离，可降低空调箱的制造成本与占地空间。

所述固定支撑杆2沿多层锥形扩散板1组径向延伸，固定支撑杆2两端分别与相邻两层锥形扩散板1侧壁固定连接，若干固定支撑杆2均匀分布于各个锥形扩散板1侧壁之间的间隙内。锥形扩散板1与锥形扩散板1之间通过固定支撑杆2相连，锥形扩散板1侧壁上最佳设置固定连接组件，用于与固定支撑杆2相连，如在固定支撑杆2两端设置螺纹孔，锥形扩散板1侧壁上设置连接孔，通过连接螺丝穿设于锥形扩散板1侧壁上连接孔内并与固定支撑杆2端部的螺纹孔螺接，将固定支撑杆2与锥形扩散板1侧壁固定连接在一起，还可以在锥形扩散板1侧壁上设置卡扣，通过卡扣与固定支撑杆2扣合连接，实现固定支撑杆2与锥形扩散板1侧壁固定连接，此外，固定支撑杆2两端还可以采用焊接的方式与锥形扩散板1侧壁固定连接，其中固定支撑杆2预计固定连接组件最佳都采用不锈钢材质制作，防止生锈损坏。

所述锥形扩散板1直径小的一端形成有一端环柱状连接壁4，固定支撑杆2两端分别与相邻两层锥形扩散板1一端的环柱状连接壁4固连。各个锥形扩散板1上的环柱状连接壁4形成环套状态层层套接，由固定支撑杆2固定连接定位，该结构方便锥形扩散板1的连接，同时提高了锥形扩散板1同心度，风机10出风口的风吹出后，先进入到锥形扩散板1一段的环柱状连接壁4之间形成的直风道内，然后在进入锥形的气流扩散风道内，实现气流顺利导向。

还设有连接法兰5，所述连接法兰5固定设于多层锥形扩散板1组最外层锥形扩散板1内径小的一端上，连接法兰5上设有若干连接孔位。通过设置连接法兰5，可以方便的将多层锥形扩散板1固定安装在风机10的出风口上，且连接法兰5还可以对多层锥形扩散板1组进行定位，使得整个匀流器结构更稳定。

还设有中央支撑杆6和中央导流板7，所述中央支撑杆6同轴插设于多层锥形扩散板1组中心，中央导流板7包括底面和一端直径小于另一端直径的锥形侧壁，所述锥形侧壁直径小的一端与底面侧壁固连形成一锥形碗状结构，中央支撑杆6一端与连接法兰5和多层锥形扩散板1组固定连接形成一体结构，中央支撑杆6另一端的端部与中央导流板7的底面固连形成一体结构。通过中央支撑杆6固定中央导流板7，同时，通过中央支撑杆6与连接法兰5和固定支撑杆2相连，大大提高了整个均流器的连接强度，避免中央导流板7被气流吹掉，中央导流板7通过设置底面对气流起到阻挡作用，避免中间的气流直吹，在整个均流器中间形成涡流，有利于快速降低风速，并使气流均匀向前流动。

所述锥形扩散板1和中央导流板7的锥形侧壁为倾斜角度一致的平行结构，所述多层锥形扩散板1组的相邻锥形扩散板1之间的间距相等。该结构使得从风机10出风口吹出的气流均匀进行扩散，最终形成均匀出风，中央导流板7的锥形侧壁与相邻的锥形扩散板1之间的距离最佳小于相邻锥形扩散板1之间的距离，进而减小中间出风量，有利于出风向外层扩散。

所述锥形扩散板1和中央导流板7直径大的一端分别形成有沿径向外扩的导流折弯边8，所述锥形扩散板1和中央导流板7上的导流折弯边8位于同一径向平面上。气流沿着倾斜的气流扩散通道3向外呈扩散状态流动到均流器端部时，受到导流折弯边8阻挡，其气流打在导流折弯边8上形成降速，然后再流出气流扩散通道3，使得气流减速流出，有利于气流的降速和均匀分布。

最外层的锥形扩散板1直径大的一端上固定套设安装有一外形边框9。外形边框9对多层锥形扩散板1组起到保护的作用，同时可以与空调机箱内部结构连接，提高扩散型均流器11在空调机箱内的稳定性。

所述锥形扩散板1和中央导流板7为不锈钢板、铝板或硬质塑料板一体成型结构，由铝板或硬质塑料板制成的锥形扩散板1和中央导流板7表面设有防腐涂层，所述锥形扩散板1和中央导流板7的横截面为方形、圆形或椭圆形。扩散板及固定件最佳均采用不锈钢SUS#304制成，锥形扩散板1的板厚为1.5mm折弯制成，固定件采用2.0mm厚度的固定板件。

一种均流风机，包括风机10、扩散型均流器11、橡胶气密垫片12和连接螺栓13，所述风机10的出风口上固定设有出风法兰，出风法兰上设有与扩散型匀流器上的连接法兰5上连接孔位正对的安装螺纹孔，橡胶气密垫片12夹设于风机10出风口上的出风法兰和扩散型匀流器上的连接法兰5之间，橡胶气密垫片12上设有与连接法兰5上的连接孔位正对的避让孔位，所述连接螺栓13穿设于连接孔位和避让孔位内，连接螺栓13的螺柱与安装螺纹孔螺接相连，连接法兰5、橡胶气密垫片12和出风法兰紧密夹设于连接螺栓13头部和连接螺母之间。

通过连接法兰5与出风法兰对接实现拉力扩散型均流器11在风机10出风口上的安装定位，通过橡胶气密垫片12实现密封连接，防止气流在出风法兰和连接法兰5之间流走。

本实用新型在空调箱风机出口处直接串接扩散型均流器，可使气流于空调箱均流段内使气流提早达到稳流型态，并可缩短气流吹出距离。

空调箱风机的出风距离，是受到气流速度与稳定度的影响，也相对地影响到气流的运动型态，当气流越稳定均匀，其出风效果越佳。就可降低均流段之距离长度，进而节省空调箱之制造成本，相对的也可以降低空调箱的占地空间，空间即可充分的应用。

气流越稳定，经过其调节能力也相对的可以提升，在相同的工况之下也就可以降低风量，并可降低风机之耗电量，以达到节省能源之目的。

验证计算如下：

(一)案例计算：

缩短风机送风吹出距离验证计算，可根据系统所需风量及静压损失，选出适当的机型。再依据风机之风量与吹出口面积，可求得吹出口之气流速度，以低压风机的出风口风速一般约为12m/s～18m/s左右，而空调箱的内部气流速度大部分都是根据盘管的最佳盘面风速一般约为2.5m/s左右，因此：可根据风量与通过盘管之气流速度可计算出空调箱之截面积(WxH)，并分别以气流的初始速度与末端速度(需求稳流速度)之速度比值，即可计算出等效出风距离，比较未安装任何均流设置状态与加装扩散型均流器之等效出风距离，两者相减即可求得均流段可缩减之距离。

二、气流数值模拟：

除了以公式计算等效出风距离并求得可缩减均流段之长度距离之外，另可用气流数值模拟分析，分别分析未加装任何均流装置或仅装常规型冲孔式均流板及加装扩散型均流器的各种数值模拟图型，观察各区段气流运动轨迹与分布状态，可以明显的发现空调箱安装扩散型均流器内部的气流可以提早稳定，而且相当的均匀，对气流的均匀分布相当的稳定均匀。

二、数值模拟Numerical simulation验证：

本实用新型利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics，简称；CFD)数值模拟研究的方法，由于计算机运算速度较快，且应用在数值分析方法成熟，越来越多的数值分析软件均应用计算机来做数值分析，并模拟流体运动、热传、质传及化学反应等现象，本实用新型的数值模拟部份，主要是利用FLUENT公司发展出来的套装软件来进行，此软件是利用离散化方法(Discretization method)及有限容积法(Finite volume method)的基本思维来求解流体的各种物理现象。将原来在空间与时间坐标中连续的物理量的场(如速度场、温度场等)，用一系列有限个离散点的值的集合来替代，通过一定的原则建立起这些离散点上变量值之间关系的代数方程(称为离散法方程)，将应力代入微分运动方程式，并使用其连续方程式，求解所建立起来的代数方程以获得所求变量的近似值。通过模拟结果以反映均流段各区段之气流分布状况。

三、数值模拟边界条件：

本实用新型数值模拟的边界条件考虑的项目为：

(1)、模拟流体－空气物理参数：

本模拟的流体为空气其设定物理参数如下：气流进入模拟空间处的干球温度(DB)35℃、相对湿度70％RH，假设在风机之进、出风条件状态相同时，且在一大气压的条件下来求得空气的热力性质，密度ρ为1.1298kg/m³、定压比热C_p为1.0064kJ/kg-k焓值(h)＝100.032kJ/kg、水蒸汽压力(vp)＝29.5556(mmHg)、湿度比(w)＝25.28g/kg。

(2)、物理边界模型：

本数值模拟选用正压空调箱，风机送风出风后先流入空调箱的均流段，再吹至盘管，风机的出风口风速为12.5m/s，在盘管前面的风速为2.5m/s，其模拟边界条件(Boundaryconditions)为从风机出风口处至盘管后侧300mm处为边界条件，以气流数值模拟观察边界条件范围内部气流之流场，并观察气流的运动方向与分布状况，与预测结果是否相符，通过气流运动轨迹的可视化等的描述，分别观察以下各种状况下的气流分布状况；

(A)、在没有任何均流装置时的气流分布。

(B)、仅加装常规冲孔板式之均流板时的气流分布。

(C)、若加装扩散型均流器时的气流分布。

以观察各种配置状态下的气流分布状况。

(3)、空间格点与可视化：

本数值模拟的过程中，经过多次的空间格点设定发现空间格点的大小及多寡，会影响到数值模拟结果的判断性与正确性，并兼顾模拟之时效性及模拟结果图面的可视化，必需针对模拟空间的格点进行独立性测试，以找出最适当的格点数，以顺利观察此数值模拟的气流速度场与气流分布的变化。

(4)、模拟之物理模型边界：

本数值模拟依空调箱内部气流实际运动方向，气流从空调箱的风机吸入口引入，通过均流段之后，再通过盘管，于设定之边界条件范围内，观察各区段的气流变化，以做为优化空调箱的性能与尺寸参考依据。本数值模拟以风机出风口及隔板为起始，依气流方向通过均流段，再经过盘管的后端300mm处为端点，做为数值模拟的物理模型边界条件，其图型如图8所示；(A)、在没有任何均流装置时的模型边界；

从风机吹出口处，通过均流段及盘管，于最末端再延伸300mm为X轴之断面距离。在此状况下为风机吹出口无任何的整流装置，以数值模拟观察其气流分布状况，其物理模型边界图如图9所示。

(B)、加装常规冲孔板式之均流板时的模型边界；

从风机吹出口处，通过均流段及盘管，于最末端再延伸300mm为X轴之断面距离。在此状况下为风机吹出口安装常规型孔板式均流板，以数值模拟观察其气流分布状况，其物理模型边界图如图10所示。

(C)、加装扩散型均流器时的模型边界。

从风机吹出口处，通过均流段及盘管，于最末端再延伸300mm为X轴之断面距离。在此状况下为风机吹出口安装扩散型均流器，以数值模拟观察其气流分布状况，其物理模型边界图如图11所示。

(5)、气流数值模拟结果气流分布：

(A)、在没有任何均流装置时的气流分布数值模拟图型如图12所示；

结果分析：

由数值模拟图型结果明显可知，其出风口正中央区域气流速度极快，且乱流、涡流及逆流非常的多，尤其是高速的气流会直接冲击到均流段后面的盘管或过滤网，由于气流不均匀分布将会影响盘管之调节能力与过滤网的过滤效果，甚至会吹损过滤网，导致过滤网不堪使用。

(B)、加装常规冲孔板式的均流板时的气流分布数值模拟图型如图13所示；

结果分析：

此状况是稍可改善未装任何均流装置时的气流分布状况，但由数值模拟图型结果仍可看出风口上下两处有极大的涡流及逆流，且气流也都尚未完全均匀分布于盘管或过滤网，而使处理有效面积减少，降低了处理能力，因此；代表着还有具体可改善气流分布的空间。

(C)、加装扩散型均流器时的气流分布数值模拟图型如图14所示；。

结果分析：

此状况与上述两种状况的模拟结果比较，非常明显的改善气流分布状况，并可提前改善均流段的气流分布。气流能均匀分布于均流段后面的盘管或过滤网，处理有效面积能够充分的应用，且因气流的提早均匀分布，相对的也就可以缩短均流段的长度，使气流在短距离内就可以达到最佳的调节效果，并可降低空调箱的制造成本与占地空间。

四、实例计算与数值模拟结果分析：

(1)、气流分布：

空调箱盘管的调节能力及过滤器的过滤效果，与气流分布及气流速度可以说是息息相关的。而风机的出风口风速与均流段的气流分布，会影响均流的末端的气流运动方向与分布型态。然其最终的目的就是要充分满足盘管的调节能力与过滤器的过滤效果。若空调箱内部的气流产生大角度偏移或流速过快情况发生，将会影响盘管的调节能力以及过滤器对尘埃的捕捉能力。因此；若为了满足空调箱的相同的调节能力与效果，必需加大盘管的能量，若是为过滤器则需增加过滤器的数量或尺寸，因而增加非常多的制造成本，由于气流产生大量的压损，而增加风机的Kw数，而浪费能源。

以上数值模拟结果，发现空调箱加装上扩散型均流器时，其气流速度与气流分布均较为均匀。仅于靠近扩散型均流器之两侧与末端的位置产生局部小涡流以及左右两侧靠近箱体表面产生些微的逆流现象。若仅安装常规冲孔式均流板时，其涡流、逆流及紊流的现象较大且多，以及气流分布不均匀。除此之外；若未加任何均流装置时，其气流速度非常的快，可直接吹击到盘管(正压空调箱)或过滤器(负压空调箱)，且气流非常的不均匀现象产生。

由以上数值模拟结果分析可知，安装扩散型均流器时，于均流段的后半侧的气流分布与速度皆非常均匀，与预测的气流分布及气流速度的结果均相当吻合，充分证实安装扩散型均流器可大大改善空调箱内部之均流段的气流速度与气流分布。

(2)、缩减有效吹出距离验证：

而于缩减有效吹出距离方面，如上叙述以120000CMH风量的空调箱为计算案例，有效吹出距离的长度为0.62m，缩短均流段长度之比率高达42％，也充分的证明了安装扩散型均流器可以降低风机的有效吹出距离，进而降低整组空调箱的总长度，并节省空调箱的制造成本与占地空间。

整体而言：当系统气流稳定均匀分布后，通过盘管之调节能力就会增加，通过过滤器的过滤效果也就相对地提升了。若系统在相同的要求工况条件之下，系统的风量就可以降低了。可依据风扇定律“风机之动力与风量成三次方正比例之关系”，就可明显得知，系统气流稳定均匀分布后，风量就可以减少了，也就可以大大的节省系统的运行成本。

(3)、结论分析：

本实用新型的扩散型均流器，是安装于空调箱风机吹出口处的均流段空间，从离心风机出风口吹出的高速气流经过扩散型均流器的均流作用，气流除了通过均流器之外，并使气流沿着锥形导流板向四周扩散，使整个空调箱的均流段上呈现均匀流动，并可减少风机直接吹出的高速气流对后面的过滤器或盘管产生的局部冲击。

于未加装均流器时，会降低了有效处理面积，而影响过滤器的过滤效果以及盘管的调节能力，若加装上扩散型均流器可使均流段的长度相对地缩短，同时也降低了整组空调箱机组之总长度，由案例计算与气流数值模拟分析，均可得到明确的验证。

Claims (10)

1.一种扩散型均流器，其特征在于：包括多层锥形扩散板组和固定支撑杆(2)，所述多层锥形扩散板组包括至少两个径向尺寸逐渐收缩的锥形扩散板(1)，所述锥形扩散板形成一端内径小于另一端内径的锥筒形结构，各个锥形扩散板按照径向尺寸顺序同轴套接，固定支撑杆将各个锥形扩散板固定连接形成一体结构，相邻的锥形扩散板侧壁之间形成供气流通过的气流扩散通道(3)。

2.根据权利要求1所述的扩散型均流器，其特征为：所述固定支撑杆沿多层锥形扩散板组径向延伸，固定支撑杆两端分别与相邻两层锥形扩散板侧壁固定连接，若干固定支撑杆均匀分布于各个锥形扩散板侧壁之间的间隙内。

3.根据权利要求2所述的扩散型均流器，其特征为：所述锥形扩散板直径小的一端形成有一端环柱状连接壁(4)，固定支撑杆两端分别与相邻两层锥形扩散板一端的环柱状连接壁固连。

4.根据权利要求1或3所述的扩散型均流器，其特征为：还设有连接法兰(5)，所述连接法兰固定设于多层锥形扩散板组最外层锥形扩散板内径小的一端上，连接法兰上设有若干连接孔位。

5.根据权利要求4所述的扩散型均流器，其特征为：还设有中央支撑杆(6)和中央导流板(7)，所述中央支撑杆同轴插设于多层锥形扩散板组中心，中央导流板包括底面和一端直径小于另一端直径的锥形侧壁，所述锥形侧壁直径小的一端与底面侧壁固连形成一锥形碗状结构，中央支撑杆一端与连接法兰和多层锥形扩散板组固定连接形成一体结构，中央支撑杆另一端的端部与中央导流板的底面固连形成一体结构。

6.根据权利要求5所述的扩散型均流器，其特征为：所述锥形扩散板和中央导流板的锥形侧壁为倾斜角度一致的平行结构，所述多层锥形扩散板组的相邻锥形扩散板之间的间距相等。

7.根据权利要求5所述的扩散型均流器，其特征为：所述锥形扩散板和中央导流板直径大的一端分别形成有沿径向外扩的导流折弯边(8)，所述锥形扩散板和中央导流板上的导流折弯边位于同一径向平面上。

8.根据权利要求1所述的扩散型均流器，其特征为：最外层的锥形扩散板直径大的一端上固定套设安装有一外形边框(9)。

9.根据权利要求1所述的扩散型均流器，其特征为：所述锥形扩散板和中央导流板为不锈钢板、铝板或硬质塑料板一体成型结构，由铝板或硬质塑料板制成的锥形扩散板和中央导流板表面设有防腐涂层，所述锥形扩散板和中央导流板的横截面为方形、圆形或椭圆形。

10.一种安装有权利要求1-9中所述的扩散型均流器的均流风机，其特征在于：包括风机(10)、扩散型均流器(11)、橡胶气密垫片(12)和连接螺栓(13)，所述风机的出风口上固定设有出风法兰(15)，出风法兰上设有与扩散型匀流器上的连接法兰上连接孔位正对的安装螺纹孔，橡胶气密垫片夹设于风机出风口上的出风法兰和扩散型匀流器上的连接法兰之间，橡胶气密垫片上设有与连接法兰上的连接孔位正对的避让孔位，所述连接螺栓穿设于连接孔位和避让孔位内，连接螺栓的螺柱与安装螺纹孔螺接相连，连接法兰、橡胶气密垫片和出风法兰紧密夹设于连接螺栓头部和连接螺母之间。

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