专利名称：借助于受控流动来处置空气的单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种借助于受控流动来处置空气的单元。 更详细地说，本发明涉及在用来包含风扇的一般单元中的应用， 或者更确切地涉及任何自由转子的使用，在相应方向的输送机内有单 一或双进口，适于有效地输送和定向由自由转子产生的气流。
背景技术：
在通风领域中并且特别是在空气处置单元UT内，已知自由转子 的使用，换句话说没有壳体(阿基米德螺旋)CL，其中应用要求它或 允许它与它们的通风和尺寸特性有关(装有前部盘DAN和后部盘 DPO的自由转子GL的例子例示在附图1A和IB中)。
由于它们的广泛使用，在过去几年已经由各个制造商进行了研究 和开发，以便向市场供应适于提供更大通风性能、更高效率和更小噪 声输出的产品。
为了得到这些结果，把叶片的形态和倾斜搁置在一边(每个制造 商的技术诀秀部分)，相当广泛使用的技术是使用转动扩散器，该转动 扩散器通过使用具有比叶片直径大的直径的转子的前部盘和后部盘而 得到(参见例如GB 207741 )。
扩散器并且特别是转动扩散器的研究和应用也例示在B. Eck, G. Klingenberg和F. Schlender的某些公报中，其中一般认为，在阿基米 德螺旋或其它类型的蜗旋或方向转向器(与类型或形状无关)中减速 流动以把动态压力的部分转换成静态压力是现有技术，并且通过直接 作用在使用转动扩散器的转子上得到类似的好处。
同时，B.Eck也提出如下想法通过使用在特征在为螺旋形几何 形状的传统阿基米德螺旋CL内具有转动扩散器DF、和具有相对必要
4转向器DL的自由转子GL(如在附图2A和2B中表明的那样)，在理 论上可得到把自由转子的和传统风扇的优点相结合的风扇，这种想法 因为没有由试验证实，因此依然保持这样。
并且，自由转子，如已知的那样，不是没有阿基米德螺旋而使用 的传统简单的转子；这是因为作为其完全发展的基础，有与必需在壳 体内工作的转子非常不同的设计标准。
传统阿基米德螺旋的特性螺旋形状的确是这样的，以便通过截面 逐渐增大的效果允许流体的动态压力分量尽可能转换成静态压力，以 能够在出口处有效地使用它。
因此，必须开发相对转子，其几何形状精确地利用和增强阿基米 德螺旋的几何形状，实现涡管、进口喷嘴及转向器之间的平衡，该平 衡在该特定结构中是微妙的，但同时，是独特的和特有的，它是具有 显著动态压力分量的定向流动的最终结果。
因此，由此推定，如果这样一种传统转子用作自由转子，则由于 缺乏与阿基米德螺旋的相互作用，并且，由于由缺少转向器而发生不 可避免的通风(AERAULIC)和声学延迟，而得到不良性能。
自由转子一方面设计和开发成，正是它们自己的几何形状、即缺 乏传统的阿基米德螺旋，保证了最高的可能的静态性能和效率(实际 上是自由转子的特性)，并且同样的几何形状也允许避免通风和声学延 迟或至少将其衰减到最小值(缺少现有的转向器)；然而，另一方面， 没有定向流动，而是径向流动。
由于这样的差异和相反特性，可以容易理解传统转子如何不能用 作自由转子(由于提供的不良性能和延迟的发生)，并且反过来也是一 样，自由转子如何不能用在传统阿基米德螺旋内，其在这种情况下会 在装置的操作期间构成障碍，随之带来非最佳最终的性能。
发明内容
在上述要求中，本发明的目的是避免上述缺陷，并且具体地说， 是制造一种借助于受控流动来处置空气的单元，该单元允许最佳和有效地输送和定向由自由转子产生的流动。本发明的另一个目的是，制造一种适当方向的输送机，该输送机 用于具有或没有转动扩散器并且具有单一或双进口的自由转子，该输 送机的特征在于，没有较早已经叙述的、使用布置在传统阿基米德螺 旋内的自由转子而遇到的缺点。这些和其它目的由一种根据所附的技术方案1的、用来借助于受 控流动处置空气的单元来实现。优选地，通过分析由B. Eck提出的关于使用传统阿基米德螺旋内 的自由转子的理论，可分辨其通风和工业用限制，其主要限制如下。首先，扩散器的转动意味着，转子的保留(encumbrance)直径 是大于叶片直径的至少一个尺寸；这种特性与为了保证自由转子的操 作条件而在转子与内涡管侧需要适当最小距离的事实一起，推动大体 较大传统阿基米德螺旋的使用，使它用在单元中使用更困难，对此的 当前趋势当然是趋于保留尺寸的减小和随之而来的制造成本的减小。况且，如也由B.Eck指示的那样，传统的阿基米德螺旋，由于其 操作，推动转向器的使用，从而-为了防止部分流动通过转子的作用而返回到风扇的阿基米德螺 旋中，在排出区域A处穿过出口截面、产生减小效率的再循环(附图 3A表示了在转向器DL的变细处用于空气通过的区域A和区域A');为了利用阿基米德螺旋离转子的距离和相对高度，求出用于稳定 操作风扇的最佳位置并且同时限定离转子的最小距离，除此之外(运 动得更靠近)，增强已知的"汽笛效果"。然而，转向器如果一方面在传统阿基米德螺旋中是必要的和基础 的(例如，如在附图3B中所示，已知具有转向器DL、扩散器DF及 流动定向装置IF的应用)，另一方面制造了放大叶片音调的显著缺陷， 则除了尺寸的上述缺陷外，使得在安装中在传统的阿基米德螺旋内使 用自由转子更困难(也就其声音输出而论)。从当前已知和采用的解决方案开始，对于在空气处置单元UT中 使用自由转子也已经进行了进一步的研究和分析，如对单元UT的边缘倒圆以减少由它们产生的损失(在空气处置单元UT中安装的自由 转子GL的例子，示意表示在图4A、 4B、 4C及4D中，该空气处置 单元UT具有边缘ASP的倒圆和过滤器FT)、或切向风扇VT的使用 (如在图5的例子中)，换句话说，主要用在用于低/中空气流量的民 用领域中的风扇，具有低压力(民用空气-调节、家用通风、等等)， 并且包括轮子和外壳，其中美学类似于离心风扇的转子在叶片的长度 和构造方面不同，并且其中空气流动定向成与轮子相切、垂直于转动 轴线抽吸以及以在90°与180。之间的可变角度排放。然而，切向风扇 VT是另一种类型的产品，具有已知操作和几何形状，也通过在与转 子G相切的方向上把能量添加到流体上(并且，不像在图6A和6B 中表示的离心自由转子GL中那样，通过转子GL本身，使进口平行 于转子G的轴线)和随着在转子G内的方向变化而径向排放(如在附 图5和7的实施例中表示的那样)来区分。
通过如下描述和附图本发明的进一步的目的和优点将变得更加明 白，所述描述是关于借助于受控流动来处置空气的单元的优选但非限 制性的举例实施例，该单元是本发明的主题，在附图中
图1A表示根据现有技术制成的、自由转子的例子的前视图1B表示图1A的自由转子的侧视图2A表示将具有转动扩散器的自由转子安装在离心风扇的传统 阿基米德螺旋内并装有相对转向器的已知的第一实施例的侧视图； 图2B表示图2A的视图的示意横截面；
图3A表示一种传统阿基米德螺旋中的排出区域和送风区域被突 出(highlight)的方案；
图3B表示在离心风扇的传统阿基米德螺旋中安装的传统转子的 进一步已知实施例的示意侧视图4A-4B和4C-4D表示空气处置单元UT中的自由转子的两个已 知举例实施例；图5表示传统切向风扇的示意举例实施例；图6A和6B表示在离心自由转子的进口处和在出口处的流体流动；图7是与使用和与已知的切向风扇的几何形状有关的示意视图；图8A-8I表示方向输送机的一系列轮廓，该方向输送机可用来制 成根据本发明的借助于受控流动来处置空气的单元；图9A-9G表示从方向输送机的上方看的一系列视图，所述方向输 送机用于根据本发明的借助于受控流动来处置空气的单元中；图10表示方向输送机的优选但非限制举例实施例的侧视图，所述 方向输送机用于根据本发明的借助于受控流动来处置空气的单元；图IIA、 IIB、 13A及14A表示方向输送机的另外举例实施例的 示意侧视图，所述方向输送机用于根据本发明的借助于受控流动来处 置空气的单元；图12B画12G、 12H-12P、 12R-12Z、 13B國13D以及14B-14F表示可能的方向和抗-再流动装置的 一 系列举例实施例，所述方向和抗-再流 动装置可应用于根据本发明的借助于受控流动来处置空气的单元的输 送机；图12表示本发明的、根据图10的方向输送机的部分立体图； 图12A表示本发明的、根据图10的方向输送机的部分剖视立体图；图15A-15C表示具有直接应用于排出的出口弯管和/或具有应用 于在反向转动中的排出的出口弯管和/或根据出口弯管的正确安装的 传统风扇的示意视图；图16A和16B表示根据本发明制成的具有直接应用于排出的出口 弯管和/或具有应用于反向转动中的排出的出口弯管和/或根据最佳通风和声学安装的方向输送机；图16表示用于传统离心风扇的典型速度分布；图17A表示具有直接应用于排出的緩冲器的传统风扇的示意视图；图17B表示根据本发明制成的、具有直接应用于排出的緩冲器的 方向输送才几；图18A和18B分别表示在空气处置单元中具有典型安装的传统风 扇的示意侧视图和从其上方看到的示意视图；图19A和19B分别表示在根据本发明的借助于受控流动来处置空 气的单元中具有典型安装的方向输送机的示意侧视图和从其上方看到 的示意视图。
具体实施方式
在详细解释本发明的借助于受控流动来处置空气的单元的特性之 前，应该理解，这样一种发明的应用不限于在附图中所表示的结构细 节和元件的布置，由于特征几何形状的和尺寸关系的正确限定允许用 于自由转子的方向输送机的设计和制造，以安装在作为本发明的目标 的借助于受控流动来处置空气的单元中，该输送机具有任何形状，它 可以为螺旋、圆形、椭圓、扁圆、具有光滑角部的正方形，并且可以 同时是对称的或非对称的(输送机的各种形状表示在图8A-8I和图 9A-9G中，图8A-8I表示不同侧面轮廓，图9A-9G表示从上方看到的 各种视图)。图10表示特性几何形状，并且具有适于用来制造本发明的借助于 受控流动来处置空气的单元的尺寸关系，该单元称作HFW-CFW，即 分别为收容的自由轮或装在壳体内的自由轮，并且包括方向输送机 CD，在该方向输送机CD内，插入有自由转子GL。具体地说，也可参照附图12和12A,方向输送机CD具有外部壳 体CDA，在该外部壳体CDA的侧部F上插入有自由转子GL，该外 部壳体CDA具有抽吸嘴BA和与方向输送机CD的空气出口开口相对 应的排出嘴BU。自由转子GL具有中央本体CR，在该中央本体CR上安装有一个 或两个系列的弯曲叶片PL (单一进口或双进口 )，并且它可能装有旋 转扩散器DFR;在图10和12中，也显示自由转子GL的直径D。根据本发明，首先，壳体CDA关于穿过自由转子GL的中间点的水平平面n可具有对称构造，或者它关于平面n也可具有非对称构 造，相对于在平面n与平面n之间包括的、与n相垂直的壳体CDA的圆周的相应部分，具有曲率半径R1和R2，该曲率半径R1和R2具 有不同尺寸，而靠近排出嘴BU和超越平面Q，壳体CDA可具有轮廓 PP，该轮廓PP关于与平面。相垂直的水平轨迹形成为-45°与+45。之间 的角。并且，输送机CD的排出嘴BU的高度A和宽度B具有在0.5D 与3.5D之间和在0.4D与2D之间的相应尺寸，而排出嘴BU的边缘 BB是距离平面Q在0.7D与1.6D之间的距离(其中D-自由转子GL的直径)。并且，自由转子GL在离输送机CD的壳体CDA的内壁在0.15D 与D之间的距离Dl (是指离开自由转子GL的最突出点，通常与叶 片PL的壁的外边缘相重合)处被插入在输送机CD内，并且它是离 排出嘴BU的边缘BB的同一距离Dl (同样是指离开自由转子GL的 最突出点，并且同样在0.15D与D之间)。最后，同样根据本发明， 输送机CD的壳体CDA的内壁与每个叶片PL的端部之间的距离D2 是在0.17D与1.12D之间(其中D-自由转子GL的直径)。上述的几何关系的正确应用允许i殳计和制造极高效的方向输送枳jCD。从文本和附图中可知，并且根据本发明，正是在要求传统转向器 DL的应用中，通过根据输送机CD的外形布置在壳体CL内和外、以 及布置在喷嘴上的、具有多种形状和位置、并且能够彼此不同地组合 的适当的方向装置DA和抗再流动装置DAR、装有翅片的输送机，已 经消除和取代了已知离心风扇VC的传统转向器DL。关于这点，方向输送机CD的两个不同的优选的、但非限制性举 例轮廓表示在附图11A和11B中，并且作为方向装置DA的和抗再流 动装置DAR的多个非限制举例实施例，显示在图12B-12J和12L-12P 的轮廓中，在从图12R-12Z的上方看到的视图中，在图13A-13D的立体图中，及在图14A-14F的前视图中。
图12和12A以横截面部分地表示作为根据本发明的借助于受控 流动来处置空气的单元的多个变形实施例的两个另外立体图，该单元 包括方向输送机CD,在该方向输送机CD内，在侧部F处，安装有 自由转子GL，适于在轴AG上转动，该轴AG在自由转子GL的抽吸 嘴BA处装有支撑S。
具体地说，图12表示没有方向和/或抗再流动装置的空气处置单 元，而图12A表示在排出嘴BU处装有分别布置在顶部处和底部处的 可能的方向装置DAR和可能的抗再流动装置DA的相同的空气处置 单元。
并且，在适当条件下，方向输送机CD相对于要求可制成单一进 口或双进口，即具有单一或双壳体CL。
通过使用本发明的借助于受控流动来处置空气的单元而得到的主 要优点之一是，与在供给动力与所得到的静态压力之间得到最大优化 有关的优点。
的确，已知的是，由像风扇之类的空气处置单元产生的总压力按 定义是产生的静态压力和动态压力分量之和，该和是流体速度的函数， 注定要损失。
作为例子，在传统的向前弯曲风扇中，在最高效率下的其操作点 中(因此，具有产生的最小噪声)，这样一个分量可量化为总压力的 15-20%,而在本发明的处置单元中，在同一工作点上(由相同的流量 和相同的静态压力识别)，动态压力分量具有总压力的3-5%的量级。
并且，在任何情况下待供给到单元的能量(等于能量消耗)是必 须产生总压力的能量，或者更确切些也产生其动态分量，该动态分量 将不可避免地失去。
因此，直觉断定，产生的总压力的动态分量越小，将失去的供给 的能量分量(因此，操作成本)越小。
也已知的是，在设计传统设施时，在离心风扇VC的排出处，对 于等于转子G的直径D的至少5倍的长度L第一出口导管部分必须保持直线(见附图15C),因为在这个距离处，在有规则速度分布的情 况下，像在图16中表示的一种，不会危及风扇VC的性能。
反之亦然，如果不考虑这样一个距离并且对于直接应用于出口的 弯管进行安装，则例如在图15A和15B中示意的那样，与使用的风扇 VC的类型有关，得到甚至30-40%的急剧性能损失(对于反向转动的 风扇VC发生的最大损失，如在图15B中表示的那样)；并且，在这 些条件下，紊流和旋涡不可避免地发生，这与随之而来的振动一起具 有噪声显著增大的最终结果。
另一方面，通过利用本发明的借助于受控流动来处置空气的单元 的通风特性，有可能显著减小设施的尺寸，对于与自由转子GL的转 动方向相独立的方向把可能的第一弯管PC直接连接到排出部上(图 16A);考虑到这点，为了声音输出的目的，在任何情况下适当的是， 对于自由转子GL的至少直径D的量级的长度LL保持出口导管的第 一部分为直线(图16B)。根据本发明制成的处置单元也保证，流动和 性能在出口处不受干扰、允许应用的特性、诸如用来调节流动SR'或 类似物的緩冲器之类的装置的直接与输送机CD的凸缘FL相接触， 而不会产生不稳定性和/或随之而来的相对可能振动(如在附图17B中 所示)，不像在使緩冲器SR直接应用在排出凸缘上的传统离心风扇 VC中发生的情形(图17A)。
本发明的单元也保证，在抽吸处的流动和性能不受干扰，从而能 够把可能的壁P (典型的在空气处置单元UT中)带到大体更靠近抽 吸区域AS，而不引起明显的损失。的确，已知在空气处置单元UT中 风扇VC的使用的巨大限制之一如何归因于如下事实随单元UT的 壁P与离心风扇VC的抽吸区域AS之间的距离减小，将产生性能损 失。的确，关于这点，我们引用AMCA标准201-90的出版物作为例 子，在该出版物中，根据单元UT的壁P离风扇VC的抽吸区域AS 的距离，有为计算理论性能损失而待考虑的基准曲线。
在设计当前设施时，为了最大限度减少它们的障碍物，制造空气 处置单元UT，假定在单元UT的壁P与风扇VC的抽吸区域AS之间的距离一般等于l.OxD (其中D-转子的直径)，并且在大多数情况下， 等于0.7xD;在实践中，估计具有10%的量级的风扇的性能损失可以 被接受，如果这允许单元UT的尺寸减小(关于这点，分别见图18A 和18B的单元UT的侧视图和从其上方看到的视图，在图18A和18B 中表示在单元UT中具有典型安装的传统离心风扇VC)。
然而，当在设施上可得到的空间不允许壁P制造在0.7xD的距离 处时，单元UT的壁愈加定位在0.5xD处，随之而来的是显著的性能 损失(根据使用的离心风扇VC的类型具有20-25%的量级)和不可避 免的噪声增大。
另一方面，本发明的空气处置单元的使用，使得有可能把单元UT 的壁甚至定位在等于0.25xD的距离处，仅具有3.5%量级的效率的性 能损失并且没有可探测的通风损失，随之而来的是单元UT的尺寸的 急剧减小(关于这点，分别见图19A和19B的单元UT的侧视图和从 其上方看到的视图，在图19A和19B中表示在单元UT中具有典型安 装的本发明的方向输送机CD)。
在任何情况下，对于定位在等于0.5xD的距离处的单元UT的壁 P，在本发明的方向输送机CD中，可探测的损失，即效率损失，只可 量化为1-2%。
最后，对于提供的性能，本发明的处置单元可用作对于具有单一 或双进口的通常的传统离心风扇VC的选择例，其中供给的性能满足 要求的需要，但由于其对于它们的类型独特的特性，它在空气处置单 元UT (像例如空气-调节单元、使排出与电气和气体交换器、 一般交 换器、电气箱、风扇线圏等等直接相接触的空气处置单元)内具有完 美的使用，相对于在上述单元UT内使用传统风扇VC，大体允许达到 较小尺寸和减小i殳施成本。
况且，由于对于它们的尺寸没有约束或限制，所以本发明的空气 处置单元也能以小尺寸设计，并且可用在家用器具、信息技术的领域 中和用在需要定向空气流动的所有领域中。
根据已经进行的描述，借助于受控流动来处置空气的单元的特性，本发明的目标是清楚的，正如优点也是清楚的一样。
具体地说，它们由如下代表 -在典型自由转子的高静态效率方向模式中使用； -由于消除传统的转向器而产生低的声音输出，它是叶片音调放大 的主要原因；
-排出处的低动态压力增大(values )、和在供给能量与得到的静态 压力之间的最大优化；
-在反向转动中使用而没有明显的性能损失；
-在排出处流动和性能的无干扰；
-在抽吸处流动和性能的无干扰
最后，显然在不脱离发明思想固有的新颖原理的前提下、对于讨 论的空气处置单元可进行多种其它变形，正如显而易见的，在本发明 的实践实施例中，所说明的材料、形状及尺寸的细节根据要求是任意 的，并且它们可用技术等效的其它方式代替。
权利要求
1.一种借助于受控流动来处置空气的单元，包括自由转子(GL)、单一进口或双进口，插入在方向输送机(CD)内，具有单一或双进口，该单元设计成能够直接利用高静态效率，典型的自由转子(GL)，及能够在供给的能量与所得到的静态压力之间得到最大优化，同时保持低声音输出、在排出处的低动态压力值、及在排出嘴处和在抽吸嘴处的流动和性能的无干扰。
2. 根据权利要求1所述的单元，其特征在于，所述方向输送机(CD) 包括壳体(CDA)，在该壳体(CDA)的侧部(F)上安装所述自由转 子(GL)，所述壳体(CDA)具有在所述侧部(F)处布置的至少一 个进口嘴(BA)和在至少一个空气出口开口处布置的至少一个排出嘴(BU)。
3. 根据权利要求1所述的单元，其特征在于，所述自由转子(GL) 具有装有弯曲叶片(PL)的中央本体(CR)，在该中央本体(CR) 上安装至少一个壳体(CL)。
4. 根据权利要求1所述的单元，其特征在于，所述自由转子(GL) 具有转动扩散器(DFR)。
5. 根据权利要求1所述的单元，其特征在于，所述壳体(CDA) 关于包含自由转子(GL)的水平平面(n)具有对称构造，或者具有 不同的曲率半径(Rl、 R2)的对称构造。
6. 根据权利要求2所述的单元，其特征在于，靠近排出嘴(BU)， 所述壳体(CDA)具有轮廓(PP),该轮廓(PP)相对于水平轨迹形 成在-45°与+45°之间的角。
7. 根据权利要求2所述的单元，其特征在于，输送机(CD)的所 述排出嘴(BU)具有矩形截面，具有在自由转子(GL)的直径(D) 的尺寸的0.5与3.5倍之间和在0.4与2倍之间的相应尺寸(A、 B )。
8. 根据权利要求2所述的单元，其特征在于，所述排出嘴(BU) 具有边缘(BB),该边缘(BB)在自由转子(GL)的直径(D)的尺寸的0.7与1.6倍之间，远离横向于自由转子(GL)的平面(O)。
9. 根据权利要求1所述的单元，其特征在于，所述自由转子(GL) 插入输送机(CD)内如下距离，即，离输送机(CD)的所述壳体(CDA) 在自由转子(GL )的直径(D )的尺寸的0.15与1倍之间的距离(Dl )。
10. 根据权利要求2所述的单元，其特征在于，所述自由转子(GL ) 布置成离所述排出嘴(BU)的边缘(BB)在自由转子(GL)的直径(D)的尺寸的0.15与l倍之间的距离(Dl)。
11. 根据权利要求1所述的单元，其特征在于，输送机(CD)的 所述壳体(CDA)布置成离自由转子(GL)的每个叶片(PL)的端 部在自由转子(GL)的直径(D)的尺寸的0.17与1.12倍之间的距 离(D2)。
12. 根据权利要求1所述的单元，其特征在于，方向装置(DA) 和/或抗再流动装置(DAR)，如装翅片的输送机，定位在所述排出嘴(BU)处。
13. 根据权利要求2所述的单元，其特征在于，具有与自由转子 (GL)的转动方向相独立的方向的至少一个第一弯管(PC),在所述方向输送机(CD)的排出嘴(BU)处可直接地或在导管的第一直线 部分(LL)之后进行连接。
14. 根据权利要求1所述的单元，其特征在于，用来调节流动(SR') 的装置可在所述方向输送机(CD)的排出嘴(BU)处进行连接，而 不会制造不稳定性和/或随之而来的相对可能的振动。
15. 根据权利要求2所述的单元，其特征在于，在自由转子(GL) 的直径(D)的尺寸的0.25与0.5倍之间的距离处，至少一个壁(P) 可定位得靠近所述方向输送机(CD)的抽吸嘴(BA),而不引起明显 的通风损失。
16. 根据权利要求2所述的单元，其特征在于，它可用作空气-调 节单元、具有与电气和气体交换器、 一般交换器、电气箱、风扇线圏 等等直接接触的出口的空气处置单元，并且它可能可用在家用器具、 信息技术的领域中，并且用在其中需要定向空气流动的所有领域中。
全文摘要
一种借助于受控流动来处置空气的单元，包括自由转子(GL)、单一或双进口，与方向输送机(CD)相结合，该单元设计成能够直接利用高静态效率，典型的自由转子(GL)，及能够在供给的能量与所得到的静态压力之间得到最大优化，同时保持低声音输出、在排出处的低动态压力值、及在排出处和在抽吸处的流动和性能的无干扰。
文档编号F04D29/66GK101315085SQ20071015378
公开日2008年12月3日 申请日期2007年9月20日 优先权日2007年5月31日
发明者皮耶兰杰罗·D·莫拉 申请人:Co.Me.Fri.股份公司.