专利名称：具有改进的鼓风机入口气流分布的鼓风机外壳和机柜的制作方法
对相关申请的交叉参考本申请是2003年6月13日提交的共同待审批的美国专利申请10/461,042的部分续展申请。
背景技术：
离心式空气调节鼓风机在住宅和商用采热、通风和空调(HVAC)系统中广泛地用于循环空气。安装在蜗形或涡旋型的鼓风机外壳内的电机驱动的离心式鼓风机或风扇，特别广泛地用于HVAC系统内，其中，鼓风机外壳安装在一机柜内，机柜还可容纳诸如制冷剂流体的热交换器或加热炉的热交换器之类的传热设备。
已有技术的空气调节鼓风机所面临的一个问题是，在一既定体积的机柜内，不能将鼓风机的容量扩展到超过一定的鼓风机外壳尺寸，这是因为如果不重新设计或增加机柜本身的体积，则增加容量的鼓风机外壳的实体尺寸阻碍其安装在一机柜内。为此目的，在以上参考的专利申请中已开发出了本文所述类型的鼓风机外壳。然而，根据本发明已经实现了效率和鼓风机气流容量方面的进一步的改进，其中包括以上参考的专利申请中大致描述的类型的鼓风机外壳，并组合诸如一空气处理器机柜或加热炉机柜之类的一机柜。
发明概要本发明提供一种改进的空气调节鼓风机和机柜的组合，其中，鼓风机外壳的构造和其在机柜内及相对于机柜的定位，提供了通向鼓风机的改进的入口空气流。
根据本发明的一个方面，一用来容纳一热交换器和引导气流通过其间的机柜包括一鼓风机，其特征在于，一鼓风机外壳在一所谓叶轮截止点(cutoff point)与一鼓风机空气排出开孔之间具有基本上恒定地增加的横截面流动面积，其中，横截面流动面积由鼓风机外壳的端壁形成，鼓风机外壳在外壳和空气流道的一部分上增加离鼓风机叶轮的转动轴线的径向距离，并在空气流道的另一部分上改变鼓风机外壳的侧壁的轴向尺寸。
外壳壁相对于鼓风机叶轮的转动轴线的轴向和径向尺寸变化的组合使一鼓风机可被安装在一预定尺寸的机柜内，其中，鼓风机具有增加的容量，其中，这样的组合显示进入鼓风机空气入口内的改进的气流分布。因此，提供一更加有效的空气调节装置，其还可比已有技术的空气调节装置更加静音地操作。
本技术领域内的技术人员结合诸附图阅读下面的详细描述后将会更加认识到本发明的优点。
附图的简要说明
图1是包括已有技术的一机柜和一安装在其中的离心式鼓风机的组合的空气调节装置的立体剖视图；图2是包括图1所示类型的一鼓风机外壳的已有技术的鼓风机的立体图；图3是图1所示的鼓风机外壳和机柜的垂直截面图，其为大致的示意图形式，示出流向鼓风机外壳空气入口的空气流线；图4是包括根据本发明的一鼓风机和机柜组合的空气调节装置的剖视立体图；图5是用于图4所示鼓风机的鼓风机外壳和叶轮驱动电机的分解立体图；图6是从鼓风机外壳另一侧观看的图5所示的鼓风机的立体图；图7是设置在图4所示的机柜内的鼓风机外壳的垂直截面图，其沿图8的线“7-7”截取，并示出由本发明的鼓风机外壳和机柜组合实现的入口气流的分布；图8是大致地沿图7的线“8-8”截取的鼓风机外壳截面图；图9是大致地沿图8的线“9-9”截取的鼓风机外壳截面图，示出鼓风机外壳一部分的构造；图10是大致地沿图8的线“10-10”截取的鼓风机外壳截面图，示出鼓风机外壳另一部分的构造；图11是示出将鼓风机外壳零件紧固在一起的一优选结构的详细立体图。
最佳实施例的详细描述在以下的描述中，相同的零件在全部的说明书和附图中分别用相同的标号表示。为了清晰和简明起见，在所有的实例中，附图的图形可能不一定成比例。
参照图1，图中示出一用于HVAC系统的已有技术的空气调节单元的实例，该系统包括一大致长方体的金属机柜12，其具有一前壁14、一后壁16和两个相对的侧壁18和20。一底壁21可具有一合适的空气入口开孔21a，其允许空气进入机柜12并通过一诸如所谓A框架的空调蒸发器盘管(如图所示)的热交换器22。空气通过一由电机驱动的离心式鼓风机24引入到机柜12内，该鼓风机24具有一传统的离心式叶轮26(见图2)，其也由一传统的电机28驱动(图1)。空气从鼓风机24中排出进入到一增压室17内(图3)，然后，通过机柜顶壁23内的一开孔23a(图1和3)。
还如图1和2所示，鼓风机24包括一传统的鼓风机外壳30，其具有相对的、间隔开的基本上平的平行侧壁32和34以及一延伸到突缘的鼓风机出口开孔38的连续的螺旋的端壁36。相对的鼓风机空气入口开孔40和42分别形成在侧壁32和34内。鼓风机24通过一周缘的突缘39支承在机柜12的内部内(图2和3)，该突缘与相对的支承轨19(图3中示出一个)接合，它们较佳地安装在或形成为横向的中间水平壁19a的部分(见图1、3和8)，并延伸在侧壁18和20之间，这样，在前壁14移去之后鼓风机24可移入和移出机柜12的内部空间13。中间壁19a包括一形成在其中的合适的开孔19b以允许气流从鼓风机24排出到增压室17内。增压室17还部分地由垂直的中间壁19c界定(图3)。分别设置鼓风机侧壁32和34与机柜侧壁18和20之间的合适的间隙来允许空气流入鼓风机入口开孔40和42内。图3示出鼓风机螺旋端壁36与机柜壁14和16之间的典型的间隙。
用于HVAC系统机柜的已有技术的离心式空气调节鼓风机的一个不足之处在于，流向鼓风机入口开孔40、42的入口气流分布不均匀。图3示出气流的流线41，其指示通过机柜12的空间13进入鼓风机入口开孔42内的气流分布图形。在鼓风机24的相对侧上可以看到进入鼓风机通过入口开孔40的空气的类似的气流图形。该入口气流图形效率差，并可对进入的、被离心式叶轮26的叶片所作用的空气造成流动不稳定的问题。事实上，入口气流的不均匀性分布可产生附加的噪声，因为当鼓风机叶轮或转轮转动时，由于鼓风机入口开孔42的上侧上经受压差，叶轮的叶片在每一转动中会要被加载和卸载(见图3)。此外，在这样的操作条件下，例如，一包括叶片向后倾斜的叶轮的鼓风机可达到空气动力学上的失速条件。
根据本发明，提供一改进的HVAC装置，其包括一鼓风机外壳和一如机柜12那样的机柜的组合。参照图4和5，在图4中，图中示出一HVAC装置45，其包括一设置在机柜12内的电机驱动的离心式鼓风机50以代替鼓风机24。鼓风机50包括一离心式叶轮52(图4)，其设置在一鼓风机外壳54内并由电机29驱动。鼓风机50比鼓风机24具有更大的空气流容量(airflow volume)，而不要求有更大的或不同的机柜。换句话说，鼓风机50可配装在机柜12的空间13的范围内，并比鼓风机24有更大的空气流容量。通过构造如本人的共同待审批的美国专利申请系列10/461,042中所述的鼓风机外壳(本文将作进一步描述)，可在一个方面实现这种改进。鼓风机50也如鼓风机24的相同方式安装在机柜12内，然而，鼓风机外壳54具有这样一种结构其通过鼓风机外壳的独特的结构提供鼓风机50以增加空气流调节能力，所述鼓风机外壳包括诸侧壁，它们基本上不是平面的并与一端壁合作，在所谓的叶轮截止点与鼓风机外壳的空气排出加压部分53之间，所述端面离叶轮52的转动轴线径向距离不是连续地增大的(图5)。
如图5和6所示，鼓风机外壳54较佳地由两个相对的壳形的外壳部分56和58形成，它们沿一分隔线59连接在一起，该分隔线较佳地设置在一垂直于鼓风机电机29和叶轮52的转动轴线60的平面内。外壳部分56和58可以通过模制或深拉冲压工艺过程形成。外壳部分56和58较佳地可以通过热固性模制材料的压缩模制方法形成，该方法描述在本人的题为“复合的空气调节鼓风机外壳和组装方法”的共同待审批的美国专利申请中，该专利系列号为10/796,703，于2004年3月9日提交。外壳部分56和58在连接在一起时形成一大致的矩形周缘的突缘62，其形成一空气排出孔64(图5和6)。外壳部分56和58包括对应的鼓风机空气入口开孔57和61，它们围绕轴线60基本上呈圆形。空气入口开孔57和61形成在对应的侧壁66和68内，它们一体地形成一连续的端壁70，该端壁70由对应的外壳部分56和58的对应的端壁部分71和73形成(见图6)。
为了提供鼓风机50增加的空气流能力，同时保持鼓风机外壳的尺寸，以使其配装在机柜12内，并还提供合适的鼓风机效率，可提供一用于从鼓风机排出的空气的基本上恒定增加的横截面空气流的面积，它不是如传统的离心式鼓风机的结构那样，仅通过恒定地增加端壁70离轴线60的径向距离来实现。例如，对于鼓风机外壳50，端壁70从所谓的叶轮截止点72以顺时针方式(从图6中观看)增加其离轴线60的径向距离(图6)，直到端壁相对于图5、6和7中所示的鼓风机的定向开始垂直地下降为止。此时，端壁70离轴线60的径向距离在大致设置在图6中的虚线74之间的端壁的一部分或区域上不以恒定的速率增加，且端壁70离轴线60的径向距离可甚至在一部分的区域或部分74上减小。
端壁70的一第二部分或区域是大致设置在两虚线76之间的部分或区域(见图6和7)，它也不连续地增加其离轴线60的径向距离(如图所示)。在端壁区域或部分74和76处，侧壁66和68分别设置有沿轴线延伸的部分66a和68a及66b和68b(如图6和5所示)。一如图8所示的端壁70的第三部分是介于两虚线78之间的部分或区域，它仍然不连续地增加其离轴线60的径向距离(见图7)。沿着区域78，侧壁66和68仍设置有沿轴向延伸的部分66c和6gc(见图6和5)。在区域76和78中，端壁70离轴线60的径向距离也可在这些区域的至少部分上实际地减小。这样，相对于离所谓的截止点72的轴线60，鼓风机外壳50设置有一基本上恒定增加的横截面气流面积。鼓风机外壳50的这种结构允许外壳配装在机柜12内，而无需修改机柜尺寸。例如，如图7所示，图中示出端壁70的稍许平坦的部分74如何紧靠前壁14设置，以及端壁70的区域或部分76如何紧靠热交换器22地设置。如图8所示，鼓风机外壳54与机柜12的侧壁18和20间隔开，以允许气流流过侧壁与鼓风机外壳侧壁66和68之间。然而，侧壁的轮廓的或沿轴向延伸的部分，即部分66a、66b、66c、68a、68b和68c，它们的定位使得在鼓风机外壳54和机柜侧壁之间的气流分布得以改进，以使气流进入入口开孔57和61。
继续参照图7，图中示出一流入鼓风机外壳部分58的入口开孔61内的气流图形。气流的流线80表明向上通过热交换器22的气流进入鼓风机入口开孔61，贯穿入口开孔61的圆周的部分和轴线60上方的入口开孔流动区域(见图7)。该改进的气流分布分别存在于入口开孔57和61，并且，由于侧壁66和68的沿轴向突出或沿轴向延伸的部分66a、66b、66c及68a、68b和68c在热交换器22上方的区域内减小了鼓风机外壳侧壁与机柜侧壁18和20之间的间距，图中才有如此的显示。由于侧壁66和68的轴向延伸部分的气流导向效应，才显示出如此改进的气流分布。改进的气流分布还由于鼓风机端壁70紧靠前壁14，稍微差一些程度地紧靠热交换器22，端壁70的位置在直接邻近于机柜侧壁16的区域内。因此，当气流通过热交换器时，轴向延伸的侧壁部分66a、68a、66b、68b和66c、68c致使空气以基本上均匀分布的方式被吸入而通过鼓风机外壳入口开孔57和61，其可用轴线60上方的气流线80以及轴线60下方的气流线81表示(见图7)。图7所示的气流图形与进入鼓风机外壳入口开孔57的空气的流动图形成镜面对称(见图6)。因此，进入入口开孔57和61的空气流基本上分别围绕入口开孔的圆周的至少主要部分呈均匀分布。由此表明，例如鼓风机50的一鼓风机显示出提高的效率、静音的操作以及在通向叶轮叶片的入口气流路径的任何部分上减小鼓风机叶轮接近一不稳定的气流状态的倾向。
现参照图9、10和11，鼓风机外壳部分56和58显示在图9和10的侧视图中，并示出外壳部分的内部。如图9所示，外壳部分56设置有一沿轴向延伸的周缘槽84，其形成在端壁71内并基本上从截止点72延伸到出口突缘部分62a。槽84被对应的细长锥形突台85a、85b和85c中途截止在三个间隔点处。同样地，鼓风机外壳部分58包括一构造成配装在槽84内的周缘突缘88。该周缘突缘88形成为外壳部分58的端壁73的部分，并垂直于一包括外壳分隔线59的平面而突出。间隔的细长的锥形突台89a、89b和89c沿外壳部分58的端壁73形成，并在两个外壳部分连接在一起时与外壳部分56的突台85a、85b和85c互补(如图4、5、6和8所示)。
鼓风机外壳部分56和58分别在对应组的突台85a、89a、85b、89b和85c、89c处固定在一起。图11示出上述突台的典型结构，并示出彼此对齐的突台85a和89a。突台85a和89a各设置有凹进去的锥形侧壁99a和99b，它们从对应的端壁100a和100b逐渐缩小到相对的端壁101a和101b。合作的槽102a和102b形成在对应的突台85a和89a的相对端壁之间。如图11所示，一锥形的金属夹或夹板104的特征在于一大致平面的本体部分106和相对的朝里折过来的突缘107和108，它们朝向一下垂的横向突缘110形成锥形。一悬臂的、可弹性弯曲的棘爪部件112设置有一突出部114，当金属夹104滑动地接合成与合作的突台85a和89a成楔入关系时，突出部114操作而配合在对齐的槽102a和102b内。在对应的分别合作的突台对85b、89b和85c、89c处，金属夹104还操作而将外壳部分66和68固定在一起。本人的题为“复合的空气调节鼓风机外壳和组装方法”的共同待审批的美国专利申请也描述了鼓风机外壳54的新颖特征及其组装方法。
HVAC装置45包括空气调节机柜12和鼓风机50的组合，连同鼓风机外壳54的结构以及鼓风机外壳和机柜之间的改进的相互关系，根据上述的描述，本技术领域内的技术人员容易理解这样的HVAC装置。传统的工程方法和材料可用来构造如图4所示的空气调节装置45，如以上所讨论的，除了鼓风机外壳54，鼓风机50和鼓风机外壳54可有利地用热固性聚合物材料进行压缩模制，热固性聚合物材料包括有上述提及的本人共同待审批的专利申请中所描述的那些材料。
尽管本文已经详细地描述了本发明的一优选的实施例，但本技术领域内的技术人员还会认识到，在不脱离附后的权利要求的范围和精神的前提下，可以作出各种替代和修改。
权利要求
1.在一用于HVAC系统的空气调节单元中，一种组合包括一具有一空气入口开孔和一空气排出开孔的机柜、一设置在所述机柜内的由电机驱动的空气调节鼓风机，所述鼓风机包括一具有相对的诸侧壁的鼓风机外壳，侧壁的诸部分相对于所述鼓风机的叶轮的转动轴线沿朝向所述机柜的相对壁的相对方向沿轴向延伸，所述机柜提供一流道使空气流入所述机柜内和流入所述鼓风机的至少一个空气入口开孔内，并提供沿气流流线相对于所述轴线进入所述鼓风机的所述入口开孔的气流的分布，诸流线在所述入口开孔的至少一主要部分上延伸到所述入口开孔。
2.如权利要求1所述的本发明，其特征在于所述机柜基本上呈长方形形状，并包括相对的诸侧壁，它们相邻设置并分别与所述鼓风机外壳的所述相对的诸侧壁间隔开，所述机柜包括至少一个壁，其横向于所述机柜的所述侧壁延伸，并直接邻近于所述鼓风机外壳的一端壁的一部分设置。
3.如权利要求1所述的本发明，其特征在于所述鼓风机包括一空气排出开孔，其由所述鼓风机外壳形成，并定向成从所述鼓风机朝所述机柜的空气排出开孔排出空气。
4.如权利要求1所述的本发明，其特征在于所述机柜包括一直接邻近所述鼓风机外壳的一端壁的一部分设置的热交换器，由此，所述鼓风机外壳的各所述侧壁中的至少一个沿轴向延伸的部分邻近于所述热交换器设置，以迫使气流朝向所述鼓风机外壳的相对的入口开孔，从而分别围绕所述鼓风机外壳的各所述侧壁中的所述至少一个沿轴向延伸的部分转换方向。
5.如权利要求4所述的本发明，其特征在于所述鼓风机外壳的各所述侧壁中的至少一个沿轴向延伸的部分直接邻近所述机柜的一侧壁而设置。
6.如权利要求1所述的本发明，其特征在于所述鼓风机外壳的各所述侧壁包括至少一个沿轴向延伸的部分，其被构造成与所述鼓风机外壳的一端壁组合，以便为所述鼓风机外壳的输出空气提供一基本上连续地增加的横截面流动面积，所述沿轴向延伸的侧壁部分邻近所述鼓风机外壳的一端壁部分而设置。
7.如权利要求6所述的本发明，其特征在于所述鼓风机外壳分别包括所述鼓风机外壳的诸所述侧壁的至少三个沿圆周间隔、沿轴向延伸的部分，并邻近所述鼓风机外壳的所述端壁的对应部分而设置。
8.如权利要求1所述的本发明，其特征在于所述鼓风机外壳由两个相对的外壳部分形成，它们沿基本上垂直于所述轴线的一分隔线连接在一起。
9.如权利要求8所述的本发明，其特征在于所述外壳部分由间隔的夹子可释放地彼此连接，所述夹子分别与形成在所述外壳部分上的突台合作以彼此固定所述外壳部分。
10.如权利要求1所述的本发明，其特征在于所述鼓风机支承在所述机柜内的相对的轨道上，所述轨道与形成在所述鼓风机上的一突缘合作以将所述鼓风机悬挂在所述机柜内。
11.在一用于HVAC系统的空气调节单元中，一种组合包括一具有一空气入口开孔和一空气排出开孔的机柜、一设置在所述机柜内的由电机驱动的空气调节的鼓风机，所述鼓风机包括一具有相对的诸侧壁的鼓风机外壳，各侧壁具有一形成在其中的大致圆形的空气入口开孔，所述鼓风机外壳侧壁的多个间隔开的部分相对于所述鼓风机的叶轮的转动轴线沿朝向所述机柜的相对壁的相对方向沿轴向延伸，所述机柜提供一流道使空气流入所述机柜内和流入所述鼓风机的诸所述空气入口开孔中之一内，该空气入口开孔分布沿诸气流流线相对于所述轴线进入所述鼓风机的所述至少一个入口开孔的气流，诸气流流线在所述至少一个入口开孔的至少一主要部分上延伸。
12.如权利要求11所述的本发明，其特征在于所述鼓风机外壳的所述各侧壁的至少一个沿轴向延伸的部分直接邻近所述机柜的一侧壁而设置。
13.如权利要求11所述的本发明，其特征在于所述鼓风机外壳的所述侧壁的所述沿轴向延伸的部分被构造成与所述鼓风机外壳的一端壁组合，以为所述鼓风机外壳的输出空气提供一基本上连续地增加的横截面流动面积，所述鼓风机外壳的所述侧壁的所述沿轴向延伸的部分邻近所述鼓风机外壳的一端壁部分而设置，所述鼓风机外壳设置在离所述轴线为变化的预定径向距离处。
14.如权利要求13所述的本发明，其特征在于所述鼓风机外壳包括所述鼓风机外壳的所述侧壁的至少三个沿圆周间隔、沿轴向延伸的部分，并邻近所述鼓风机外壳的所述端壁的对应部分而设置，所述鼓风机外壳设置在离所述轴线为变化的预定径向距离处。
15.如权利要求1所述的本发明，其特征在于所述鼓风机外壳由两个相对的外壳部分形成，它们沿基本上垂直于所述轴线的一分隔线连接在一起。
16.一HCAC装置包括一组合，该组合包括一大致长方形的机柜，该机柜包括一空气入口开孔和一空气排出开孔、一设置在所述机柜内的由电机驱动的离心式空气调节的鼓风机，所述鼓风机包括一具有相对的诸侧壁的鼓风机外壳，各侧壁具有形成在其中的鼓风机空气入口开孔，各个所述鼓风机外壳侧壁包括沿圆周间隔开的诸部分，它们相对于所述鼓风机的叶轮的转动轴线沿朝所述机柜的相对壁的相对方向沿轴向地延伸，所述机柜提供一流道使空气流入所述机柜内和流入所述鼓风机的诸所述空气入口开孔内，由此，进入所述鼓风机外壳的所述入口开孔的气流分别在所述鼓风机的诸所述空气入口开孔的至少一个主要部分上进行分布。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于所述鼓风机外壳的所述各侧壁的至少一个沿轴向延伸的部分直接邻近所述机柜的一侧壁而设置，所述侧壁的所述沿轴向延伸的部分被构造成与所述鼓风机外壳的一端壁组合，以便为所述鼓风机外壳的输出空气提供一基本上连续地增加的横截面流动面积。
18.如权利要求16所述的装置，其特征在于所述鼓风机外壳包括所述鼓风机外壳的所述侧壁的至少三个沿圆周间隔、沿轴向延伸的部分。
19.如权利要求16所述的装置，其特征在于所述鼓风机外壳由两个相对的外壳部分形成，它们沿基本上垂直于所述轴线的一分隔线连接在一起。
全文摘要
一用于HVAC系统的空气调节单元包括一机柜，该机柜内设置有一由电机驱动的离心式鼓风机。该鼓风机包括一蜗形或涡旋型鼓风机外壳，其可由相对的可释放地连接的诸外壳部分形成。诸鼓风机外壳部分包括具有沿轴向延伸的诸复合的弧形部分的相对的诸侧壁，诸弧形部分与一端壁合作，该端壁被构造成具有诸部分，它们离鼓风机叶轮的转动轴线的径向距离并不保持基本上恒定地增加。然而，一恒定增加的气流横截面流动面积提供在鼓风机外壳内，以便鼓风机排出空气。鼓风机诸外壳侧壁相对于机柜壁的部署，对于流入鼓风机空气入口开孔内的空气提供了改进的气流分布。
文档编号F24F1/00GK1759281SQ200480005431
公开日2006年4月12日 申请日期2004年7月22日 优先权日2004年3月26日
发明者S·S·汉考克 申请人:美国标准国际公司