一种扩展吹风面积的分布式风道风扇
技术领域
本发明涉及无叶风扇技术领域，更具体地说，本发明涉及一种扩展吹风面积的分布式风道风扇。
背景技术
英国戴森(Dyson)在2008年9月到11月之间，就已经布局了非常重要的 2件发明专利(申请号CN200810177843.3、申请号CN200810177844.8)，基于戴森发明专利的无叶风扇，没有裸露的叶片，解决了叶片难清洗和裸露叶片带来的安全隐患，出风口喷射出来速度均匀的气流，在风扇前面形成的风场均匀。这种无叶风扇要求基座上的马达能同时产生大风量和高风压。在其专利申请号 CN200810177843.3的描述中，其实施例要求电机22产生的穿过喷嘴16的气流具有的压力至少为400Pa(帕斯卡)，同时其风量要求在20升/秒以上，这对风机的要求很高。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
现行的无叶风扇在圆环中强行改变了气流的运行方向，这就要求在环中的气压比较高，才能有比较高的风速吹出来，只有增大基座上的风机的转速，提高功率才能同时产生大风量和高风压。风机的旋转速度是影响风扇噪音的主要因素，同时，大量的能量在风机对抗高风压的过程中浪费掉了，没有转化为有效风能。理论上，风机产生的风能可以用风压和风量的乘积来表示，在同样的功率下，为了提高风量，就必须降低风压要求。
本发明采用分布式风道改变气流的方向，调节气流的分布，通过优化分布式气道的结构和布局，降低了气流在转换过程中的空气阻力。空气阻力经过优化以后，我们可以选择更小的风机来达到现行无叶风扇同样的效果，这样有利于产品的小型化，有利于产品的低噪音。同样，我们如果采用无叶风扇相同性能的风机，可以达到出风量更大，噪音更低的效果。产生同样的风量，风速，分布式风道风扇对风机的风压性能要求低很多，和现有的无叶风扇相比，在风扇前面形成同样的风场，扩展吹风面积的分布式风道风扇消耗的能源降低到50％以下。
基于本发明的扩展吹风面积的分布式风道风扇，和现有的无叶风扇相比，外观上最大的区别在于，无叶风扇形成了一个环，中间是空的，而分布式风道风扇，以离心风机为中心，通过分布式气道把空气导流到边缘的，或者某些局部的出风口。也就是说，基于本发明的风扇，中间是实心的，分布式气道之间，存在某些空心的部分作为补充气流开口，但整体上来说，基于本发明的风扇是实心的。另外，分布式风道风扇中，内嵌的风机在结构上和其他的结构嵌套在一起，不需要有其他无叶风扇的必须有的基座等结构，从而可以大大降低设备的体积，从而有更多的应用场合。
在某些应用场合，希望设备体积小，但吹风面积能扩大。本发明的扩展吹风面积的分布式风道风扇，其出风口缝隙沿着风机轴向的方向往外扩展，可增大吹风面积，从而能满足这种需求。
本发明提供了一种扩展吹风面积的分布式风道风扇，该扩展吹风面积的分布式风道风扇是一种产生气流的风扇组件，包括离心风机，风道分离装置，风道，补充气流开口，和离心风机吸气口；
风道是一个单独的气流通道，包括一个分支风管和一个与其对应的分支分管到出风口转换装置，以及一个对应的出风口细缝；
分道独立运行，风道之间互不干扰，对风阻的优化在一个单独的风道内进行。风道的数量根据具体的产品来规划，数量不定。
因为本发明的风扇是多个风道组成的，分布在风扇的各个方向，所以其名字为分布式风道风扇，本发明的目的是扩展吹风面积，所以本发明是可扩展吹风面积的分布式风道风扇。
虽然风道是独立运行的，互不干扰，但某些局部地方可以互通。例如在风道的末端，离出风口细缝比较近的地方，两个独立的风道又可以融合在一起，对风扇的整体性能影响不大。
混流式风机的叶轮让空气既做离心运动又做轴向运动，风机内空气的运动混合了轴流与离心两种运动形式。当混流风机的空气运动特性是以离心运动为主，轴向运动为辅的时候，也能达到采用离心风机相同，甚至稍好的效果。因为主要利用了其离心运动为主的特点，本发明还是把本发明的风扇的风机也可以采用混流式风机。
气流的流动方向是从风机吸气口吸入，通过离心风机以后，气流经过了60° -90°的拐弯，从风机四周吹出，通过风道分离装置的导流，进入了各个分支风管(3)，最后气流经过出风口转换装置，从出风口细缝喷出。
离心风机，结构上包括了吸气口，叶轮前盘，叶轮，叶轮后盘，出风口，和旋转部件，因为需要利用离心风机把气流经过了60度-90度的拐弯，从离心风机四周吹出的特点，本发明选用的离心风机不需要蜗壳。另外，本发明选用的离心风机，可以选用开放式离心风机或者半封闭式离心风机，以节约成本。
离心风机，还包括了空气运动特性是以离心运动为主，轴向运动为辅的混流风机。
离心风机，要求风机在满足目标风量的情况下，其静压值在60Pa(帕斯卡) 以上，风机的风量和风压的实际值需要按照产品需求设计。
离心风机，包含了前倾式离心风机，后倾式离心风机，径向式离心风机，不限制离心风机的旋转方向。离心风机的旋转方向会大大影响风阻的优化，从而影响风扇的结构。
离心风机，可以通过调节风机速度来控制出风口细缝的风速的大小，用于需要调节风速的风扇。
风道分离装置，包含了上盖、下盖、风道分离导流装置。上盖从上面包裹住离心风机的叶轮前盘，用下盖从下面包裹住离心风机的叶轮后盘，包裹的时候，上盖离叶轮前盘要一定的间隙，下盖离叶轮后盘需要一定的间隙。这种间隙尺寸比较小，能保证离心风机的旋转没有机械障碍，同时又保证气流在风扇内部流动，气流从缝隙中反向溢出到离心风机吸气口的流量很小。
风道分离导流装置在离心风机的出风口附近，分开两条风道的部件，其位置是根据该导流装置的两条风道的出口缝隙的位置和这两条风道的出口风量大小决定的；为了降低风阻，该导流装置的初始方向要和该位置上，离心风机的出风口的风向基本相同，误差不超过30°；在此方向的基础上，通过圆弧或者其他曲线过度到风道的侧边；该风道导流装置的两边，属于两个不同的风道，通过不同的曲线过度到不同的风道侧边，两个风道的两边从在起始位置逐渐分开。
分支风管，其目的是把风通过管道约束送到出风口转换装置；分支风管需要采用低风阻设计，可采用风管渐扩大，风管逐渐变小，风管弯曲，导流片等低风阻设计。
分支风管到出风口转换，是将分支风管出口的形状和大小转换到出风口细缝的结构。因为出风口细缝狭小、风管弯曲、风管在宽度上变小、风管在长度上变长的结构特点，同时又要求出口细缝风速快，导致风阻比较大；最需要采用优化风阻设计来提高风扇的性能，是整个分布式风道风扇的中降低风阻的关键结构之一。
影响风阻最重要的是出风口细缝的出口风速，增加出口缝隙宽度，可以降低对出口风速的要求，从而有效降低风阻。因此出口缝隙宽度增大，是降低风阻的重要措施。
分支风管到出风口转换的出风口夹角，是出风口方向和离心风机径向面之间的夹角，为了扩展吹风面积，出风口夹角小于90°，但要大于30°，否则会造成风扇形成的风场要比较长的吹风距离才能形成均匀风场。
基于本发明的风扇，通过设计合适的出风口夹角的方式来控制风扇形成的风场，满足各种应用场合的需要，在戴森的无叶风扇中，通过科恩达表面来控制风扇形成的风场。在采用本发明结构的基础上，再增加科恩达表面控制风场，也要受到本专利保护。
出风口细缝，是一条细长的狭缝，细缝包含有长度，宽度，形状，方向和位置特性，通过多个细缝组合，可以在风扇前面形成特定方向，特定区域的风场。其在结构上就是分支风管到出风口转换装置的出口。
出风口细缝，的宽度在1mm-5mm之间，缝隙小于1mm，对风机的风压特性要求很高，如果缝隙大于5mm，对风机的风量值要求很高。出风口细缝的长度，要考虑分支风管的到缝隙转换的风阻性能，结构设计的复杂度等。缝隙太长，通常会造成缝隙的不同部位的风速不均匀，缝隙太短，则造成风道太多，结构复杂。缝隙的长度一般会在150mm以下。
出风口细缝，不同的风道的出口缝隙连接在一起，排列成链。一台风扇可以有1个或者多个这种出口风链存在，同一个链的出口方向相同，或者通过逐步过度的方式改变方向。
出风口细缝，在一个缝隙内，可以添加一些栅格，栅格除了外观作用以为，还可以起到导流作用，使得吹风更均匀。
补充气流开口，根据伯努利原理：流速越快，流体压强越小。伴随着高速的气流射出出风口细缝，高速的气流产生了负压，吸引周围的空气跟随运动，达到空气倍增的效果。如果没有补充气流开口，或者补充气流开口面积不足，风扇正面形成风场中的气流容易向中间靠拢，造成风扇形成的风场中心风速过强，边缘迅速减弱的情况。
补充气流开口，主要作用是使得风扇形成的风场均匀或者能向外扩散；作用还包括：降低风扇的重量、风扇造型和外设安装等。
补充气流开口结构上，是风扇中不同的风道之间的空余部分，风扇的前后打通就可以了。
补充气流开口，并不是所有的风道之间都可以形成补充气流开口，某些局部地方，因为空间狭小，会造成补充气流开口小，甚至不存在的情况。
离心风机吸气口的结构用于离心风机入口的阻力，另外，离心风机吸气口包裹住叶轮前盘，间隙很小，也能降低叶轮出口反向溢出到离心风机吸气口的空气流量。在某些场合，特别是离心风机入口空气流量不大的场合，离心风机吸气口的优化风机入口阻力的结构可以不需要。
相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：
本发明所述扩展吹风面积的分布式风道风扇，该扩展吹风面积的分布式风道风扇是一种空气阻力小，从而大大降低风机的风压要求的无叶风扇。这种无叶风扇出风量大，噪音低，能源消耗大大降低。和现有的无叶风扇相比，在风扇前面形成同样的风场，扩展吹风面积的分布式风道风扇消耗的能源可降低到50％以下。
本发明所述扩展吹风面积的分布式风道风扇，本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1：本发明风扇背面结构示意图。
图2：本发明风扇正面结构示意图。
图3：本发明风扇剖视图。
其中：1-离心风机、2-风道分离装置、3-分支风管、4-分支分管到出风口转换装置、5出风口细缝、6补充气流开口、2-1-风道分离装置上盖、2-2-风道分离装置下盖、2-3-风道分离导流装置、4-1-分支分管到出风口转换装置出风口夹角。
具体实施方式
下面结合附图以及实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
本发明提供了一种扩展吹风面积的分布式风道风扇，该扩展吹风面积的分布式风道风扇是一种产生气流的风扇组件，这个风扇组件能完成风扇的基本功能，所有采用本发明组件，把其作为一个部件或者部件组合的风扇均在本发明的保护范围内。另外，本实施例仅仅是依照本发明的一种实施例，没有罗列所有的实施例。
如图1、图2、图3所示，一种扩展吹风面积的分布式风道风扇，由离心风机1，风道分离装置2，分支风管3，分支分管到出风口转换装置4，出风口细缝5，补充气流开口6组成。
风道是一个单独的气流通道，包括一个分支风管3和一个与其对应的分支分管到出风口转换装置4，以及一个对应的出风口细缝5。分道独立运行，风道之间互不干扰。
风道内部的气流通道是联通的，可以在结构上，当作一个单独的实体。
本实施例风扇中，有16个风道，如图1、图2所示，包含了16个分支风管3，16个分支分管到出风口转换装置4，16个出风口细缝5。
离心风机1放在整个风扇的中间位置，气流的流动方向是从离心风机入口吸入，通过离心风机以后，气流经过了90度的拐弯，从离心风机四周吹出，通过风道分离装置2的导流，进入了各个气道的分支管道3，最后气流经过出风口转换装置4，从出风口细缝5喷出。
除了离心风机1以外，其他的部件，是一个功能上的逻辑结构，并不是单独的实体结构，出风口细缝5更不是一个实体的存在，但出风口细缝的排布是本发明风扇的核心功能，故需要特别列出。
每个风道由后壳，前壳，两个风道壁组成。每个风道的前壳，后壳，风道壁的位置和形状，是经过风阻优化计算得到的，从图1和图2可以观察到其位置和形状。风道的后壳和前壳，虽然逻辑上是独立的，但实体上，所有风道的前壳是作为一个整体，连在一起；所有风道的后壳是作为一个整体，连在一起，同时，风道的两个侧壁，也在结构上和后壳注塑在一起。前壳和后壳在补充气流开口的地方开口，前壳在安装离心风机的地方，开4个螺丝孔，用于固定离心风机，另外再开一个口，用于引出离心风机的控制线。后壳在离心风机的吸气口的上方，开一个比离心风机吸气口稍大的开口。在位于分支分管到出风口转换装置4的地方，如图3所示，前壳和后壳都要进行一个拐弯，拐弯的角度就是分支分管到出风口转换装置出风口夹角4-1。在本实例中，前壳的拐弯半径是19mm，后壳的拐弯半径是45mm，出风口夹角为60°，有利于扩大吹风面积。
综合考虑噪音控制和风阻控制，前壳和后壳的厚度为2mm，风道的侧壁厚度为2mm。
整个风扇在结构上，可以分为前壳，后壳，离心风机三个主要的部件。
通过前壳上的螺丝孔，把离心风机安装在前壳中间，引出离心风机的控制线后，通过点胶密封该孔。然后通过卡扣和螺丝把前壳和后壳装在一起，在风扇的前方，前壳和后壳装配后的间隙，就是出风口细缝5。给离心风机通电后，风扇就可以工作，风从后壳中间的开口，也就是离心风机的吸风口吸入，从出风口细缝5喷出，最后在风扇前面形成均匀扩散的风场。
本实例中，采用了封闭式前倾离心风机，没有蜗壳，有叶轮前盘和叶轮后盘结构。从后壳方向看，离心分机顺时针旋转。其最大风压为579Pa,最大风量为51升/秒。
在本实例中，设计了16个分支风道导流装置2-3，他们的起始位置位于离心风机出风口5mm处的圆环上，第一个风道导流装置起始点的位置与水平线的夹角为25°，这个位置的离心风机出风口方向和该位置的圆环切线方向的夹角为25°，后续每个风道导流装置起始点的位置都位于这个圆环上，每22.5°一个起始点，这些位置的离心风机出风口方向和该位置的圆环切线方向的夹角为 25°。
在本实例中，如图2所示，出风口细缝的宽度是3.2mm，每个出风口缝隙的长度是69mm，缝隙之间的间隔是1.5mm，细缝的排布呈圆型，圆环的直径为 360mm。
在本实例中，补充气流开口一共16个。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节与这里示出与描述的图例。
