便携式鼓风机系统的制作方法

专利名称：便携式鼓风机系统的制作方法
便携式鼓风机系统
背景技术：
本发明涉及鼓风机系统。
目前的便携式空气推动系统可应用于多种不同领域。 一种具体应用涉
及动力式空气净化呼吸器(PAPR) 。 PAPR通常用于对环境危害物进行严格 限制和严格量化的工业领域。呼吸危害物可能包括有害气体、蒸汽和颗粒 物质。目前的PAPR包括带有至少一个附连的过滤器的电池供电的鼓风机 装置，和具有从鼓风机装置接收空气的进气口的呼吸面罩或其它合适的护 罩、头盔或头部装置。PAPR用于向使用者的面罩或防护服头罩持续提供正 气压。通过过滤器吸入来自PAPR所处环境的环境空气，然后通过鼓风机将 环境空气供给面罩、头罩或连体防护服。过滤后的供给空气补充到面罩或 头罩的内部狭小空间中，并在使用者呼吸时连续排出。
便携式空气推动系统的另一个应用包括环境空气冷却系统。这些冷却 系统一般由使用者携带，并向使用者身体及周围供应气流。在使用者由于 身穿大量衣服和/或携带大量设备而处于高温区的情况下，需要冷却系统为 身体降温。这些冷却系统需要充足的气流，以获得从身体除除热所需的性 能。在这些应用中，期望以紧凑轻便的设计进行气流输送，并获得较高的 效率和较长的电池使用寿命。

发明内容
在一个方面，本发明提出了一种便携式冷却或呼吸用鼓风机系统，该 系统由使用者身体携带，并包括具有两个气流腔室的壳体。在两个气流腔 室之间可旋转地设置有叶轮，叶轮包括在叶轮旋转时使两个气流腔室不流 体连通的基壁。基壁每一侧均设置有分开的多个叶片。
本发明内容并非旨在描述本发明的每个公开实施例或每个具体实施方 式。以下附图和描述更具体地举例说明了示例性实施例。


下面将参考附图进一步解释本发明，在全部视图中用相同的附图标记 来表示相同的结构或系统元件。
图1为便携式鼓风机系统的示意图。
图2为便携式鼓风机系统中的部件的分解透视图。
图3为便携式鼓风机系统的等轴测图。
图4为图3中的便携式鼓风机系统拆除外壳顶盖后的等轴测图。
图5为涡室壳体的等轴测图。
图6为涡室壳体框架和叶轮的等轴测图。
图7为图6中的涡室壳体框架的等轴测图。
图8为图6中的叶轮的等轴测图。
图9为图3中的便携式鼓风机系统的剖视图。
尽管上述各图示出了本发明的一个或多个实施例，但是正如本说明书 中所提到的，还可以想到其它的实施例。在所有情况下，本说明书仅仅示 例性而非限制性地示出本发明。应当理解，在不脱离本发明的精神和范围 的前提下，本领域内的技术人员可以设计出大量的其它修改形式和实施 例。
术语表
下文提及的术语具有如下所定义的含义 "空气交换装置"是指在使用者头部周围提供有限呼吸区域体积的装 置，在该区域体积中可与使用者的呼吸循环相结合地交换空气。 "气流"是指非零度的空气移动。 "进气口"是指一个或多个空气进入部位。 "出气口"是指一个或多个空气排出部位。
"环境空气"是指存在于给定环境中并独立于该环境中存在的任何空 气清洁或空气推动装置的空气。
"环境空气冷却系统"是指用于向特定区域输送气流的动力系统。 "后倾式叶片"是指叶片向与叶轮旋转方向相反的方向倾斜。 "鼓风机"是指产生气流的装置。"清洁空气"是指经过过滤或者以其它方式进行处理从而对呼吸或与
皮肤接触来说安全的空气。
"共用气源"是指由至少两个进气口共用的空气供应源。 "叶轮"是指用于通过压力驱使流体向所需方向流动的旋转装置。 "不流体连通"是指两个腔室之间没有明显数量的流体交换。 "便携式"是指能够在移动时使用，且无需与固定物体直接连接。 "动力式空气净化呼吸器"(PAPR)是指通过驱使环境空气通过空气
过滤器而驱使清洁空气进入空气交换装置的动力系统。 "涡室"是指直径逐渐增大的环状物。
具体实施例方式
图1为便携式鼓风机系统10的示意图。系统10包括其中设置有鼓风
机14的壳体12。鼓风机14电连接到电源16上。如果需要，可使用控制 器18来控制提供给鼓风机14的电能。控制器18可包括简单的开/关
(on/off)切换式开关和/或其它复杂元件，例如利用反馈控制或电机输出 脉冲宽度调制的恒流控制器。控制器18还可以可选地结合有基于不同参数
(例如低气流、低电池电量或任何非标准操作状态)而操作的视觉和/或听 觉报警器。作为另外一种选择，电源16可直接向鼓风机14供电。可选的 外壳20用于包围壳体12并向其提供共用气源。在一个实施例中，外壳20 还可被构造为进一步包围电源16和/或控制器18。
鼓风机14用于在壳体12中的一个腔室内形成负压，从而通过一个或 多个进气口 (统称为进气口 22)吸入空气。进气口 22可以可选地与空气 处理介质(例如过滤器24)相连以过滤诸如有害气体、蒸汽和颗粒物质等 环境危害物。或者，例如，环境空气冷却系统中可以包括过滤器以去除污 染物，例如来自进气口 22的沙子。鼓风机14向一个或多个出气口 (统称 为出气口 26)输送空气。例如，出气口 26包括一条管子，以有利于气流 到达使用者佩戴的头部装置或使用者的身体。出气口 26还可被构造为向多 个装置供气，例如同时向头部装置和冷却服供气。
图2-9示出了鼓风机系统50。图2为鼓风机系统50中的部件的分解 等轴测图。鼓风机系统50包括外壳顶盖52、电机54、涡室壳体顶盖56、叶轮58、涡室壳体框架59、涡室壳体底盖60和外壳底盖62。图3为安装 在系统50中的图2所示部件的等轴测图。外壳顶盖52和外壳底盖62形成 外壳以包围电机54、涡室壳体顶盖56、叶轮58、涡室壳体框架59和涡室 壳体底盖60。外壳向叶轮58提供共用气源。
外壳顶盖52和外壳底盖62可由耐生化("CB")试剂暴露的树脂模 制。 一个树脂实例是由General Electrical Company (Fairfield, Connecticut)生产的商标为N0RYL^的树脂。NORYL⑧树脂是聚苯醚树脂和 聚苯乙烯树脂的共聚物混合物。外壳顶盖52和外壳底盖62还可以采用其 它树脂。此外，还可密封外壳顶盖52和外壳底盖62，其中外壳顶盖52包 括位于外壳底盖62的V形槽内的凸起，并在两者之间包括合适的密封剂， 例如填缝剂或聚氨酯。
外壳顶盖52包括进气部分64。如图所示，进气部分64可包括用于在 其上连接过滤器的螺纹连接口和相关定位件66。出气口 68用于从系统50 中输出加压空气。出气口 68可从外壳顶盖52和外壳底盖62延伸，以便能 够在出气口上连接软管。如果需要，出气口 68可结合有联结器以有利于拆 卸和更换软管。软管也可例如通过使用丁基橡胶配方而成为为耐生化的。 可利用螺旋缠绕的软管构造来减小气流阻力并使软管具有抗挤压性。
在外壳顶盖52上设置有电连接器70。电连接器70可电连接到电源 (例如电池)上，并连接到系统50内的电路和/或电机上。
图4为拆除外壳顶盖52后的系统50的等轴测图。涡室壳体顶盖56、 涡室壳体框架59和涡室壳体底盖60共同形成了位于外壳底盖62内的涡室 壳体72。涡室壳体72包括连接到出口 76上的环形构件74。出口 76与由 外壳顶盖52和外壳底盖62形成的出气口 68对准。电路78可以与涡室壳 体框架59相连。电路78可连接到电连接器70 (图3)上并电连接到电机 54上以驱动电机。在一个实施例中，电路78可以用作控制器18 (图 1)。
图5为涡室壳体72的等轴测图。电机54包括与环形构件74的中心轴 线错开的驱动轴线。电机54设置在涡室壳体顶盖56中的进气口 82的上 方。电机座84包括多个角撑板86以将电机54支撑在进气口 82的上方。 涡室壳体底盖60也包括进气口 (见图2中的87)以便让气流进入涡室壳体72。涡室壳体顶盖56形成第一壁，涡室壳体底盖60形成第二壁，涡室 壳体框架59形成第三壁，第三壁与第一和第二壁结合起来限定了位于叶轮 与涡室壳体72的壁之间的腔室。在涡室壳体框架59内提供了空气通道 88，以有利于空气在外壳顶盖52和外壳底盖62内围绕涡室壳体72流动， 具体地讲是流向涡室壳体顶盖56中的进气口 82和涡室壳体底盖60中的进 气口 87。
图6为设置在涡室壳体框架59内进行旋转的叶轮58的等轴测图。图 7为涡室壳体框架59本身的等轴测图，图8为叶轮58本身的等轴测图。 涡室壳体框架59包括周壁90和径向延伸的分隔壁92。分隔壁92从壁90 向内向叶轮58的外周缘延伸。分隔壁92在其每一侧分别部分地形成第一 腔室94和第二腔室96，并具有从中贯穿的圆形开口 97。腔室94和96包 括位于分隔壁92两侧的大体呈环形的外部气室，外部气室分别与出气口 98和100流体连通。出气口 98和100延伸穿过涡室壳体框架59的壁90。 叶轮58与涡室壳体框架59的中心轴线向错开，并安装在分隔壁92的环形 开口 97内。为了适应这种错开，分隔壁92的径向宽度是不一致的，以便 在叶轮58处于旋转位置(图6)并旋转时，在腔室94与96之间形成非流 体连通。
叶轮58是双面叶轮，其包括分别设置在环形叶轮分隔壁106两侧的第 一组叶片102和分开的第二组叶片104。第一组叶片102和第二组叶片104 可为"后倾式"，即叶片向与叶轮58旋转方向(如图8中箭头107所示) 相反的方向倾斜。在-一个实施例中，第一组叶片102和第二组叶片104在 分隔壁106的相对两面形成镜像，但也可采用其它叶片取向。当分隔壁 106设置在涡室壳体72的分隔壁92的圆形开口 97内时，它与涡室壳体框 架59的分隔壁92共面。叶轮58还包括弓形顶壁108和弓形底壁110 (见 图9)。叶轮58的中心毂112可旋转地连接到电机54上以驱动叶轮58。 吸气口 114和116 (图9)分别设置在叶轮58的每一侧。
进一步参考图9，电机54驱动叶轮58旋转。在运行期间，空气从外 壳顶盖52和底盖62的外部(通过进气部分64)流入，围绕涡室壳体72 并进入涡室壳体顶盖和底盖的进气口 82和87。在一个实施例中，使吸入 叶轮的空气在到达叶轮前穿过处理介质(如过滤材料、木炭、进行热处理和电离等)以对其进行处理。然后空气流入叶轮吸气口 114和116。第一
组叶片102驱使空气从吸气口 114流入腔室94，具体地讲是流入腔室94 的外部气室。类似地，第二组叶片104驱使空气从吸气口 116流入腔室 96，具体地讲是流入腔室96的外部气室。然后驱使空气分别从腔室94和 96进入出气口 98和100。在叶轮旋转期间，涡室壳体框架59的分隔壁92 和叶轮58的分隔壁106使腔室94和96保持不流体连通。尽管在分隔壁 92与分隔壁106之间存在小的径向间隙(如小于lmm)，但在腔室94与 96之间没有明显数量的流体交换。
尽管己参考一些可供选择的实施例描述了本发明，但本领域中的技术 人员将认识到，在不脱离本发明的精神和范围的前提下可以在形式和细节 方面对其进行更改。例如，腔室94的出气口98和腔室96的出气口 100可 以在出气口 68处形成流体连通(如图所示)，或者可以连接到分开的出气 口 (如一个出气口用于提供呼吸用空气，另一个出气口用于提供冷却用空 气)。此外，尽管所示的本发明的示例性鼓风机与使用者身体携带的便携 式冷却或呼吸用鼓风机系统结合使用，但本发明可用于多种空气推动应用 中(如车辆风扇系统、HVAC系统、真空吸尘器等)。而且，在一个实施例
中所示和所述的特征可以根据需要与其它实施例的特征相结合。
权利要求
1.一种由使用者身体携带的便携式冷却或呼吸用鼓风机系统，所述鼓风机系统包括具有两个气流腔室的壳体；以及可旋转地设置在所述两个气流腔室之间的叶轮，所述叶轮具有在所述叶轮旋转时使所述两个气流腔室之间不流体连通的基壁，并且所述叶轮具有位于所述基壁每一侧的分开的多个叶片。
2. 根据权利要求1所述的鼓风机系统，其中所述壳体的每个气流腔室都具有与共用气源流体连通的进气口 。
3. 根据权利要求2所述的鼓风机系统，还包括包围所述壳体以便提供所述共用气源的外壳。
4. 根据权利要求2所述的鼓风机系统，还包括相对于所述壳体的每个进气口设置的空气处理介质，以使得进入所 述壳体的空气在进入所述壳体的所述气流腔室之前必须穿过所述空 气处理介质。
5. 根据权利要求1所述的鼓风机系统，还包括 由所述壳体支撑的电机，所述电机可操作地连接到所述叶轮上以使 所述叶轮旋转。
6. 根据权利要求1所述的鼓风机系统，其中每个气流腔室都具有出气卩。
7. 根据权利要求6所述的鼓风机系统，其中所述两个气流腔室的所述出气口是流体连通的。
8. 根据权利要求6所述的鼓风机系统，其中每个气流腔室都具有气 室，所述气室径向延伸至所述叶轮之外，每个气室均与其各自的气 流腔室的所述出气口流体连通。
9. 根据权利要求8所述的鼓风机系统，其中每个所述气室都大致呈环 形。
10. 根据权利要求1所述的鼓风机系统，其中所述壳体具有径向延伸的 分隔壁，所述分隔壁与所述叶轮的所述基壁配合，以使所述两个气 流腔室在所述叶轮旋转时是不流体连通的。
11. 根据权利要求1所述的鼓风机系统，其中所述叶轮包括具有弓形表 面的顶壁和具有弓形表面的底壁。
12. 根据权利要求11所述的鼓风机系统，其中所述顶壁包括中心吸气 口，所述底壁包括中心吸气口。
13. 在由使用者身体携带的便携式冷却或呼吸用鼓风机系统中，改进包 括可绕轴线旋转的叶轮，所述叶轮包括圆形分隔壁，所述分隔壁具有相对的第一面和第二面以及外周缘， 位于所述分隔壁的所述第一面上的第一组多个叶片，以及 位于所述分隔壁的所述第二面上的分开的第二组多个叶片；以及 围绕叶轮不可旋转地设置的叶轮壳体，所述叶轮壳体包括 具有进气口的第一壁， 具有进气口的第二壁，第三壁，其与所述叶轮的所述分隔壁的所述外周缘间隔开，并与所 述壳体的所述第一壁和第二壁结合以限定位于所述叶轮与所述壳体 的所述壁之间的腔室，以及分隔壁，其从所述所壳体的所述第三壁向所述叶轮的所述分隔壁的 所述外周缘延伸，其中所述壳体的所述分隔壁与所述叶轮的所述分 隔壁大致共面地延伸，并将所述腔室分隔成第一出气口气室和第二 出气口气室，并且每个出气口气室具有至少一个延伸穿过所述壳体的一个或多个所述 壁的出气口。
14. 根据权利要求13所述的改进，还包括空气处理介质，其相对于所述壳体的每个进气口设置，以使得进入 所述壳体的空气在进入所述壳体之前必须穿过所述空气处理介质。
15. 根据权利要求13所述的改进，还包括由所述壳体支撑的电机，所述电机可操作地连接到所述叶轮上以使 所述叶轮旋转。
16. 根据权利要求13所述的改进，其中所述壳体具有用于所述第一出气 口气室的第一出气口和用于所述第二出气口气室的分开的第二出气 □。
17. 根据权利要求13所述的改进，其中所述壳体的所述至少一个出气口 同时与所述第一出气口气室和第二出气口气室流体连通。
18. 根据权利要求13所述的改进，其中所述壳体的所述进气口与共用气 源流体连通。
19. 根据权利要求13所述的改进，其中所述叶轮包括具有弓形表面的顶 壁和具有弓形表面的底壁。
20. —种鼓风机系统，包括具有两个气流腔室的壳体，其中每个气流腔室都具有与共用气源流 体连通的进气口；以及可旋转地设置在所述两个气流腔室之间的叶轮，所述叶轮具有在所 述叶轮旋转时使所述两个气流腔室之间不流体连通的基壁，并且所 述叶轮具有位于所述基壁的每一侧分开的多个叶片。
全文摘要
一种由使用者身体携带的便携式冷却或呼吸用鼓风机系统，该系统包括具有两个气流腔室的壳体。所述两个气流腔室之间可旋转地设置有叶轮，所述叶轮包括基壁，在所述叶轮旋转时，所述基壁使所述两个气流腔室不流体连通。所述基壁每一侧均设置有分开的多个叶片。
文档编号F04D29/44GK101321958SQ200680045405
公开日2008年12月10日 申请日期2006年12月6日 优先权日2005年12月9日
发明者戴维·E·利文斯通, 皮埃尔·勒加雷, 莉萨·M·克罗尔 申请人:3M创新有限公司